BRPI0913405B1 - Method for glycosylating and separating plant fiber material - Google Patents

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"MÉTODO PARA GLICOSILAR E SEPARAR MATERIAL DE FIBRA VEGETAL" ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção A invenção refere-se a um método para produzir um sacarídeo que inclui a glicose, por glicosilação de um material de fibra vegetal e separação do sacarídeo obtido. 2. Descrição da Técnica Relacionada Foi sugerido produzir um sacarídeo incluindo principalmente a glicose ou a xilose, a partir de celulose ou hemicelulose, por degradação de um material de planta, que é uma biomassa, tal como os resíduos de cana de açúcar esmagados (bagaço) ou os cavacos de madeira, e utilizam efetívamente o sacarídeo produzido como alimento ou combustível, e este processo foi colocado em prática. Em particular, tem atraído atenção uma tecnologia pela qual um monossacarídeo obtido por degradação de fibras de plantas é fermentado para produzir um álcool, tal como o etanol, como combustível. Sugeriu-se antes uma variedade de métodos para produzir um sacarídeo, tal como a glicose, por degradação da celulose ou da hemicelulose (por exemplo, a Publicação de Pedido de Patente Japonês Ns 8-299000 (JP-A-8-299000), a Publicação de Pedido de Patente Japonês N5 2006-149343 (JP-A-2006-149343), a Publicação de Pedido de Patente Japonês N- 2006-129735 (JP-A-2006-129735), e a Publicação de Pedido de Patente Japonês Ne 2002-59118 (JP-A-2002-59118)). Um método típico inclui hidrolisar a enzima de celulose por utilização de ácido sulfúrico, tal como o ácido sulfúrico diluído ou o ácido sulfúrico concentrado ou o ácido clorídrico (JP-A-299000), Também estão disponíveis um método no qual se utiliza a celulase (JP-A-2006-149343), um método no qual se utiliza um catalisador sólido, tal como o carbono ativado ou o zeólito (JP-A-2006-129735), e um método no qual se utiliza a água quente pressurizada (JP-A-2002-59118), Entretanto, um problema associado com o método pelo qual a celulose é degradada por utilização de um ácido, tal como o ácido sulfúrico, é que o ácido que serve como um catalisador e o sacarídeo produzido são difíceis de separar da mistura de reação de hidróli-se obtida por hidrólise. Isto é porque a glicose, que é o componente principal do produto da hidrólise da celulose, e o ácido que serve como um catalisador da hidrólise, são ambos solúveis em água. A remoção do ácido por neutralização ou troca iônica da mistura de reação de hidrólise não somente é difícil e cara, como é também difícil remover o ácido completamente e o ácido frequentemente permanece no processo de fermentação para etanol. Como resultado, mesmo quando o pH for otimizado a partir do ponto de vista da atividade da levedura no processo de fermentação para o etanol, a concentração do sal aumenta, com isso reduzindo a atividade da levedura e diminuindo a eficiência de fermentação.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a method for producing a saccharide including glucose by glycosylation of a plant fiber material and separation of the obtained saccharide. 2. Description of Related Art It has been suggested to produce a saccharide comprising mainly glucose or xylose from cellulose or hemicellulose by degradation of a plant material which is a biomass such as crushed sugarcane residues (bagasse). ) or wood chips, and effectively use the saccharide produced as food or fuel, and this process has been put into practice. In particular, attention has been drawn to a technology whereby a monosaccharide obtained by degradation of plant fibers is fermented to produce an alcohol, such as ethanol, as a fuel. A variety of methods for producing a saccharide such as glucose by degradation of cellulose or hemicellulose (e.g., Japanese Patent Application Publication No. 8-299000 (JP-A-8-299000) have been suggested above. Japanese Patent Application Publication No. 5 2006-149343 (JP-A-2006-149343), Japanese Patent Application Publication No. 2006-129735 (JP-A-2006-129735), and Patent Application Publication Japanese No. 2002-59118 (JP-A-2002-59118)). A typical method includes hydrolyzing the cellulose enzyme using sulfuric acid, such as dilute sulfuric acid or concentrated sulfuric acid or hydrochloric acid (JP-A-299000). A method is also available in which cellulase ( JP-A-2006-149343), a method in which a solid catalyst such as activated carbon or zeolite is used (JP-A-2006-129735), and a method in which pressurized hot water (JP However, a problem associated with the method by which cellulose is degraded by use of an acid such as sulfuric acid is that the acid that serves as a catalyst and the saccharide produced are difficult to Separate from the hydrolysis reaction mixture obtained by hydrolysis. This is because glucose, which is the major component of the cellulose hydrolysis product, and the acid that serves as a catalyst for hydrolysis, are both water soluble. Removal of acid by neutralization or ion exchange of the hydrolysis reaction mixture is not only difficult and expensive, but it is also difficult to remove acid completely and the acid often remains in the ethanol fermentation process. As a result, even when pH is optimized from the point of view of yeast activity in the fermentation process for ethanol, salt concentration increases, thereby reducing yeast activity and decreasing fermentation efficiency.

Em particular, quando o ácido sulfúrico concentrado for utilizado, o ácido sulfúrico é muito difícil de remover até tal grau que a levedura não seja desativada no processo de fer- mentação para etanol e tal remoção requer energia significativa. Em contraste, quando o ácido sulfúrico diluído for usado, o ácido sulfúrico é relativamente fácil de remover. Entretanto, é necessário degradar a celulose sob condições de altas temperaturas, o que é consumidor de energia. Ainda um outro problema que surge quando um ácido sulfúrico concentrado for usado é que, onde a reação for conduzida por um longo tempo, o sacarídeo produzido é desidratado e o rendimento de sacarídeo diminui. Como resultado, mesmo quando um material de fibra vegetal for adicionado ao sistema de reação durante a hidrólise, para aumentar a quantidade do material de fibra vegetal submetido à hidrólise, o rendimento de sacarídeo relacionado ao material de fibra vegetal não aumenta. Além disso, o ácido, tal como o ácido sulfúrico e o ácido clorídrico, é muito difícil de separar, coletar, e reutilizar. Assim, o uso destes ácidos como um catalisador para produzir a glicose é uma causa de custo aumentado de bioetanol.In particular, when concentrated sulfuric acid is used, sulfuric acid is very difficult to remove to such an extent that yeast is not deactivated in the ethanol fermentation process and such removal requires significant energy. In contrast, when dilute sulfuric acid is used, sulfuric acid is relatively easy to remove. However, it is necessary to degrade the cellulose under high temperature conditions, which is energy consuming. Yet another problem that arises when a concentrated sulfuric acid is used is that where the reaction is conducted for a long time, the saccharide produced is dehydrated and the saccharide yield decreases. As a result, even when a plant fiber material is added to the reaction system during hydrolysis to increase the amount of plant fiber material subjected to hydrolysis, the saccharide yield related to the plant fiber material does not increase. In addition, acid, such as sulfuric acid and hydrochloric acid, is very difficult to separate, collect, and reuse. Thus, the use of these acids as a catalyst to produce glucose is a cause of increased bioethanol cost.

Com o método no qual se utiliza a água quente pressurizada, é difícil ajustar as condições, e é difícil produzir glicose com um rendimento estável. Além disso, neste método, até a glicose é degradada, com isso reduzindo o rendimento de glicose. Ademais, a atividade da levedura é reduzida pelos componentes degradados e a fermentação pode ser inibida. Um outro problema está associado com o custo, porque o reator (aparelho de processamento supercrítico) é caro e tem durabilidade insatisfatória.With the method in which pressurized hot water is used, it is difficult to adjust conditions, and it is difficult to produce glucose in a stable yield. Also, in this method, even glucose is degraded, thereby reducing glucose yield. In addition, yeast activity is reduced by degraded components and fermentation may be inhibited. Another problem is associated with cost because the reactor (supercritical processing apparatus) is expensive and has poor durability.

RESUMO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

Os inventores conduziram um estudo abrangente da glicosilação da celulose e descobriram que um ácido agrupado em um estado pseudofundido tem excelente atividade catalítica em relação à hidrólise da celulose e pode ser facilmente separado do sacarídeo produzido. Os pedidos de patentes que cobrem o respectivo método já foram depositados (Pedido de Patente Japonês N2 2007-115407 e Pedido de Patente Japonês Na 2007-230711). De acordo com o presente método, em contraste com o método convencional que utiliza ácido sulfúrico concentrado ou ácido sulfúrico diluído, o catalisador da hidrólise pode ser recuperado e reutilizado e a eficiência de energia do processo levando à recuperação da solução aquosa de sacarídeo e recuperação do catalisador de hidrólise a partir da hidrólise da celulose pode ser aumentada. Ademais, no método dos pedidos de patentes anteriormente mencionados, o ácido agrupado em um estado pseudofundido atua como um catalisador da hidrólise e também atua como um solvente de reação.The inventors conducted a comprehensive study of cellulose glycosylation and found that an acid grouped in a pseudofused state has excellent catalytic activity with respect to cellulose hydrolysis and can be easily separated from the saccharide produced. Patent applications covering the respective method have already been filed (Japanese Patent Application No. 2007-115407 and Japanese Patent Application No. 2007-230711). According to the present method, in contrast to the conventional method using concentrated sulfuric acid or dilute sulfuric acid, the hydrolysis catalyst can be recovered and reused and the process energy efficiency leading to the recovery of the aqueous saccharide solution and recovery of the Hydrolysis catalyst from cellulose hydrolysis can be increased. Furthermore, in the method of the aforementioned patent applications, the acid grouped in a pseudofused state acts as a catalyst for hydrolysis and also acts as a reaction solvent.

Os inventores adicionalmente promoveram a pesquisa da glicosilação da celulose usando o catalisador de ácido agrupado e aumentaram com êxito a quantidade processada de material de fibra vegetal por peso de unidade do catalisador de ácido agrupado. Assim, a invenção é baseada nos resultados obtidos no curso desta pesquisa e proporciona um método para a glicosilação e a separação de um material de fibra vegetal por utilização do catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, em que a quantidade proces- sada de material de fibra vegetal por peso de unidade do catalisador de ácido agrupado é aumentada, a quantidade do catalisador de ácido agrupado usado é diminuída, e a eficiência de energia é aumentada. O primeiro aspecto da invenção refere-se a um método para hidrolisar um material de fibra vegetal e produzir e separar um sacarídeo, incluindo a glicose. Este método inclui um processo de hidrólise de utilizar um catalisador de ácido agrupado em um estado pseu-dofundido para hidrolisar a celulose contida no material de fibra vegetal e produzir a glicose. No processo de hidrólise, o catalisador de ácido agrupado e uma primeira quantidade do material de fibra vegetal que aumenta uma viscosidade do catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, quando adicionada ao catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, são aquecidos e misturados, e uma segunda quantidade do material de fibra vegetal é então adicionalmente adicionada quando ocorrer a diminuição na viscosidade de uma mistura aquecida do catalisador de ácido agrupado e a primeira quantidade do material de fibra vegetal. A primeira quantidade e a segunda quantidade podem ser idênticas.The inventors further promoted cellulose glycosylation screening using the pooled acid catalyst and successfully increased the processed amount of plant fiber material per unit weight of the pooled acid catalyst. Thus, the invention is based on the results obtained in the course of this research and provides a method for glycosylation and separation of a plant fiber material by using the acid catalyst grouped in a pseudofused state, wherein the processed amount of material fiber content per unit weight of the pooled acid catalyst is increased, the amount of pooled acid catalyst used is decreased, and energy efficiency is increased. The first aspect of the invention relates to a method for hydrolyzing a plant fiber material and producing and separating a saccharide, including glucose. This method includes a hydrolysis process of using a pseudofused grouped acid catalyst to hydrolyze the cellulose contained in the plant fiber material and produce glucose. In the hydrolysis process, the pooled acid catalyst and a first amount of the plant fiber material which increases a viscosity of the pooled acid catalyst in a pseudowinded state, when added to the pooled acid catalyst in a pseudowinded state, are heated and mixed, and a second amount of the vegetable fiber material is then additionally added when the viscosity decrease of a heated mixture of the pooled acid catalyst and the first amount of the vegetable fiber material occurs. The first quantity and the second quantity may be identical.

No Pedido de Patente Japonês N- 2007-115407 e no Pedido de Patente Japonês N2 2007-230711, os inventores divulgaram um método para glicosilar e separar um material de fibra vegetal, no qual um ácido agrupado é aquecido para obter um estado pseudofundido e usado como um catalisador de hidrólise para o material de fibra vegetal. Neste método de glicosilar e separar, o ácido agrupado em um estado pseudofundido atua como um catalisador de hidrólise e também atua como um solvente de reação para a hidrólise. Por este motivo, a razão de mistura do catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal no processo de hidrólise é determinada de modo a assegurar a miscibilidade do catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal. Em outras palavras, a quantidade de material de fibra vegetal que pode ser misturado em um ciclo com o catalisador de ácido agrupado é limitada, e a quantidade processada do material de fibra vegetal por peso de unidade do catalisador de ácido agrupado também é limitada.In Japanese Patent Application No. 2007-115407 and Japanese Patent Application No. 2007-230711, the inventors have disclosed a method for glycosylating and separating a plant fiber material, in which a pooled acid is heated to a pseudofused state and used. as a hydrolysis catalyst for plant fiber material. In this method of glycosylating and separating, the grouped acid in a pseudofused state acts as a hydrolysis catalyst and also acts as a reaction solvent for hydrolysis. For this reason, the mixing ratio of the pooled acid catalyst and the plant fiber material in the hydrolysis process is determined to ensure the miscibility of the pooled acid catalyst and the plant fiber material. In other words, the amount of plant fiber material that can be mixed in one cycle with the pooled acid catalyst is limited, and the processed amount of plant fiber material per unit weight of the pooled acid catalyst is also limited.

Os resultados da investigação conduzida pelos inventores demonstraram que, no método para glicosilar e separar um material de fibra vegetal por utilização de um catalisador de ácido agrupado, onde o material de fibra vegetal é carregado em uma pluralidade de ciclos, conforme descrito acima, quando o catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal forem agitados sob aquecimento e o material de fibra vegetal for hidrolí-sado, a quantidade processada para o material de fibra vegetal por peso de unidade do catalisador de ácido agrupado é aumentada. Assim, inicialmente, o catalisador de ácido agrupado e a quantidade do material de fibra vegetal que é adicionada para aumentar a viscosidade são aquecidos e misturados e a hidrólise do material de fibra vegetal é iniciada. Então, quando a viscosidade da mistura aquecida em que o material de fibra vegetal foi hi- drolisado estiver diminuída, o material de fibra vegetal é adicionalmente adicionado. Desse modo, verificou-se que a mistura aquecida do catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido e o material de fibra vegetal tem uma alta viscosidade no estágio inicial da reação de hidrólise, porém a viscosidade diminui à medida que a hidrólise do material de fibra vegetal progride. Além disso, descobriu-se que, por causa da viscosidade diminuída da mistura aquecida, mesmo quando o material de fibra vegetal for carregado de novo na mistura aquecida, a mistura aquecida ainda pode ser misturada e agitada e tanto o material de fibra vegetal inicialmente carregado quando o material de fibra vegetal adicionalmente adicionado podem ser hidrolisados, ao mesmo tempo assegurando um alto rendimento de sa-carídeo. Em outras palavras, de acordo com a invenção, a quantidade processada do material de fibra vegetal pode ser aumentada pela quantidade de material de fibra vegetal que é adicionalmente adicionada, em comparação com a convencional. Como resultado, aumenta-se a quantidade processada do material de fibra vegetal por peso de unidade do catalisador de ácido agrupado e obtém-se um efeito de redução de custo na produção de sacarídeos devido à diminuição na quantidade de catalisador de ácido agrupado usado. Ademais, porque o material de fibra vegetal é adicionalmente adicionado à mistura aquecida, no processo de catalisador que inclui o catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, a energia requerida para o aquecimento que é necessário para obter o estado pseudofundido do catalisador de ácido agrupado pode ser diminuída. Assim, a eficiência de energia pode ser aumentada. O grau de redução na viscosidade da mistura aquecida na qual o material de fibra vegetal é adicionalmente adicionado pode ser apropriadamente determinado de acordo com a quantidade do material de fibra vegetal que será adicionalmente adicionado. Sendo assim, onde uma pequena quantidade for para ser adicionalmente adicionada, ela pode ser carregada após uma diminuição relativamente pequena na viscosidade, porém, onde uma grande quantidade for para ser carregada, o material de fibra vegetal não é adicionado até a reação de hidrólise progredir suficientemente e a viscosidade diminuir significativamente. Em qualquer caso, prefere-se que o material de fibra vegetal seja adicionalmente adicionado, de modo a não exceder a viscosidade obtida após a adição inicial do material de fibra.The results of the research conducted by the inventors demonstrated that in the method for glycosylating and separating a plant fiber material by using a pooled acid catalyst, where the plant fiber material is loaded in a plurality of cycles as described above, when the pooled acid catalyst and the plant fiber material is stirred under heating and the plant fiber material is hydrolyzed, the amount processed for the plant fiber material by unit weight of the pooled acid catalyst is increased. Thus, initially, the pooled acid catalyst and the amount of plant fiber material that is added to increase viscosity are heated and mixed and hydrolysis of the plant fiber material is initiated. Then, when the viscosity of the heated mixture in which the vegetable fiber material has been hydrolyzed is decreased, the vegetable fiber material is additionally added. Thus, it has been found that the heated mixture of the acid catalyst grouped in a pseudofused state and the vegetable fiber material has a high viscosity in the initial stage of the hydrolysis reaction, but the viscosity decreases as the hydrolysis of the fiber material. vegetable progresses. In addition, it has been found that because of the decreased viscosity of the heated mixture, even when the vegetable fiber material is refilled into the heated mixture, the heated mixture can still be mixed and stirred and both the initially charged vegetable fiber material. when the additionally added vegetable fiber material can be hydrolyzed, while ensuring a high sa-carid yield. In other words, according to the invention, the processed amount of the vegetable fiber material may be increased by the amount of vegetable fiber material which is additionally added compared to the conventional one. As a result, the processed amount of the vegetable fiber material per unit weight of the pooled acid catalyst is increased and a cost reducing effect on saccharide production is obtained due to the decrease in the amount of pooled acid catalyst used. Furthermore, because the vegetable fiber material is additionally added to the heated mixture in the catalyst process including the grouped acid catalyst in a pseudofused state, the energy required for heating that is required to obtain the pseudofused state of the bundled acid catalyst can be decreased. Thus, energy efficiency can be increased. The degree of viscosity reduction of the heated mixture into which the vegetable fiber material is additionally added may be suitably determined according to the amount of the vegetable fiber material to be additionally added. Thus, where a small amount is to be added additionally, it may be charged after a relatively small decrease in viscosity, but where a large amount is to be loaded, the vegetable fiber material is not added until the hydrolysis reaction progresses. sufficiently and the viscosity decreases significantly. In any case, it is preferred that the plant fiber material be added further so as not to exceed the viscosity obtained after the initial addition of the fiber material.

Como um indicador do período quando a segunda quantidade do material de fibra vegetal for para ser adicionalmente adicionado pode ser, por exemplo, um momento quando a viscosidade da mistura aquecida diminuir até, ou abaixo de, 1,5 Pa.s (1500 cp).As an indicator of the period when the second amount of the vegetable fiber material is to be additionally added may be, for example, a time when the viscosity of the heated mixture decreases to or below 1.5 Pa.s (1500 cp). .

Uma razão de volume da primeira quantidade do material de fibra vegetal para o catalisador de ácido agrupado pode ser igual a, ou maior do que, 60%. Uma razão de volume da quantidade do material de fibra vegetal que é adicionado depois para o catalisador de ácido agrupado pode ser igual a, ou maior do que, 60%.A volume ratio of the first amount of the vegetable fiber material to the pooled acid catalyst may be equal to or greater than 60%. A volume ratio of the amount of plant fiber material that is then added to the pooled acid catalyst may be equal to or greater than 60%.

De acordo com a invenção, no método para giicosilar e separar um material de fibra vegetal por utilização de um catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, é possível aumentar a quantidade hidrolisada do material de fibra vegetal por peso de unidade do catalisador de ácido agrupado, diminuir a quantidade de ácido agrupado usado, e aumentar a eficiência de energia. Portanto, de acordo com a invenção, o custo e o consumo de energia na produção do sacarídeo por hidrólise de um material de fibra vegetal podem ser reduzidos. O segundo aspecto da invenção refere-se a um método para hidrolisar um material de fibra vegetal e produzir e separar um sacarídeo, incluindo a glicose. O método inclui um processo de hidrólise de utilizar um catalisador de ácido agrupado em um estado pseudo-fundido para hidrolisar a celulose contida no material de fibra vegetal e produzir a glicose. No processo de hidrólise, o material de fibra vegetal é adicionado quando uma viscosidade de uma mistura do catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal tornar-se um primeiro valor predeterminado, e então a adição do material de fibra vegetal é interrompida quando a viscosidade da mistura tornar-se um segundo valor predeterminado que é maior do que o primeiro valor predeterminado.According to the invention, in the method for glycosylating and separating a plant fiber material using a pooled acid catalyst in a pseudofused state, it is possible to increase the hydrolyzed amount of the plant fiber material per unit weight of the pooled acid catalyst. , decrease the amount of grouped acid used, and increase energy efficiency. Therefore, according to the invention, the cost and energy consumption of saccharide production by hydrolysis of a plant fiber material can be reduced. The second aspect of the invention relates to a method for hydrolyzing a plant fiber material and producing and separating a saccharide, including glucose. The method includes a hydrolysis process of utilizing an acid catalyst grouped in a pseudo-fused state to hydrolyze the cellulose contained in the plant fiber material and produce glucose. In the hydrolysis process, the vegetable fiber material is added when a viscosity of a pooled acid catalyst mixture and the vegetable fiber material becomes a first predetermined value, and then the addition of the vegetable fiber material is stopped when The viscosity of the mixture becomes a second predetermined value that is greater than the first predetermined value.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Os objetivos, as características e as vantagens precedentes e adicionais da invenção tornar-se-ão aparentes a partir da descrição que se segue das modalidades ilustrativas com referência aos desenhos que acompanham, onde se utilizam numerais iguais para representar elementos iguais e onde: A FIG. 1 mostra uma estrutura de Keggin de um heteropoliácido; A FIG. 2 é um gráfico mostrando uma relação entre a razão de água de cristalização em um catalisador de ácido agrupado e a temperatura de fusão aparente: A FIG. 3 é um diagrama esquemático ilustrando uma modalidade de um dispositivo de reação do tipo batelada que pode ser usado em um processo de hidrólise; e A FIG. 4 é um diagrama esquemático de um aparelho de reação de fluxo passante que é usado no processo de hidrólise do Exemplo 3.The foregoing and additional objects, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of the illustrative embodiments with reference to the accompanying drawings, where like numerals are used to represent like elements and where: FIG. . 1 shows a Keggin structure of a heteropoly acid; FIG. 2 is a graph showing a relationship between the crystallization water ratio in a pooled acid catalyst and the apparent melt temperature: FIG. 3 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a batch type reaction device that may be used in a hydrolysis process; and FIG. 4 is a schematic diagram of a bypass reaction apparatus that is used in the hydrolysis process of Example 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADESDETAILED DESCRIPTION OF MODALITIES

Um método para glicosilar e separar um material de fibra vegetal que é uma modalidade da invenção será descrito abaixo. Primeiro, será descrito um processo de hidrólise, no qual a celulose contida no material de fibra vegetal é hidrolisada e um sacarídeo, que inclui principalmente a glicose, é produzido. Na explicação abaixo, a atenção está focada no processo no qual a glicose é principalmente produzida a partir da celulose, porém, um processo no qual a hemicelulose é incluída, além da celulose, no material de fibra vegetal e um processo no qual o produto inclui outros monossacarídeos, tais como a xilose, além da glicose, também incidem no escopo da invenção. O material de fibra vegetal não está particularmente limitado, desde que ele inclua a celulose ou a hemicelulose, e os seus exemplos incluem a biomassa à base de celulose, tal como as árvores de folhas amplas, os bambus, as árvores coníferas, o "kenaf", a madeira de sucata de móveis, as palhas de arroz, as palhas de trigo, as cascas de arroz, e os resíduos de cana de açúcar esmagados (bagaço). O material de fibra vegetal pode ser a celulose ou a hemicelulose que é separada da biomassa, ou pode ser a celulose ou a hemicelulose que é sintetizada artificialmente. Tais materiais de fibra são normalmente usados na forma pulverizada para melhorar a capacidade de dispersão no sistema de reação. O método para pulverizar pode ser um método comumente usado. A partir do ponto de vista de facilitar a mistura com o catalisador de ácido agrupado e a reação, prefere-se que o material de fibra vegetal seja pulverizado até um pó com um diâmetro de cerca de alguns micra até 200 μίτι. A lignina contida no material de fibra pode ser dissolvida, se necessário, efetuando-se um tratamento de polpação com antecedência. A quantidade de resíduo durante a glico-silação e a separação pode ser reduzida por dissolução e remoção da lignina, o sacarídeo produzido ou o ácido agrupado pode ser impedido de misturar com o resíduo, e a redução no rendimento de sacarídeo ou razão de recuperação de ácido agrupado pode ser inibida. Em um caso onde o tratamento de polpação for efetuado, o grau de moagem do material de fibra vegetal pode ser comparativamente pequeno (moagem grosseira). O efeito resultante é que o trabalho, o custo, e a energia requeridos para pulverizar o material de fibra podem ser reduzidos. O tratamento de polpação pode ser efetuado, por exemplo, colocando-se o material de fibra vegetal (por exemplo, a partir de diversos centímetros até diversos milímetros) em contato com um álcali ou um sal, tal como NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2S03, NaH-C03, NaHS03, Mg(HS03)2, Ca(HS03)2, uma solução aquosa deles, uma mistura deles com uma solução de S02, ou um gás, tal como NH3 sob vapor. As condições específicas incluem uma temperatura de reação de 120 a 160°C e um tempo de reação de diversas dezenas de minutos até cerca de 1 h.A method for glycosylating and separating a plant fiber material which is an embodiment of the invention will be described below. First, a hydrolysis process will be described, in which the cellulose contained in the plant fiber material is hydrolyzed and a saccharide, which includes mainly glucose, is produced. In the explanation below, attention is focused on the process in which glucose is mainly produced from cellulose, but a process in which hemicellulose is included, in addition to cellulose, in plant fiber material and a process in which the product includes Other monosaccharides such as xylose in addition to glucose also fall within the scope of the invention. Vegetable fiber material is not particularly limited as long as it includes cellulose or hemicellulose, and examples include cellulose-based biomass such as broad-leaved trees, bamboos, coniferous trees, "kenaf". ", furniture scrap wood, rice straws, wheat straws, rice husks, and crushed sugar cane residues (bagasse). The plant fiber material may be cellulose or hemicellulose that is separated from biomass, or it may be cellulose or hemicellulose that is artificially synthesized. Such fiber materials are commonly used in pulverized form to improve dispersibility in the reaction system. The spray method may be a commonly used method. From the point of view of facilitating mixing with the pooled acid catalyst and reaction, it is preferred that the vegetable fiber material is sprayed to a powder with a diameter of about a few microns to 200 μίτι. The lignin contained in the fiber material may be dissolved, if necessary, by pulping treatment in advance. The amount of residue during glycosylation and separation may be reduced by dissolving and removing the lignin, the produced saccharide or the grouped acid may be prevented from mixing with the residue, and the reduction in saccharide yield or recovery ratio of lignin. pooled acid can be inhibited. In a case where pulping treatment is carried out, the degree of grinding of the vegetable fiber material may be comparatively small (coarse grinding). The resultant effect is that the labor, cost, and energy required to spray the fiber material can be reduced. Pulping treatment may be effected, for example, by placing the vegetable fiber material (e.g. from several centimeters to several millimeters) in contact with an alkali or salt such as NaOH, KOH, Ca (OH ) 2, Na2 SO3, NaH-CO3, NaHS03, Mg (HS03) 2, Ca (HS03) 2, an aqueous solution of them, a mixture of them with a solution of SO2, or a gas such as NH3 under steam. Specific conditions include a reaction temperature of 120 to 160 ° C and a reaction time of several dozen minutes to about 1 h.

De acordo com a invenção, 0 ácido agrupado, usado como um catalisador para hi-drolisar o material de fibra vegetal, significa um ácido no qual se condensa uma pluralidade de oxoácidos, ou seja, um assim chamado poliácido. Na maior parte dos poliácidos, uma pluralidade de átomos de oxigênio está ligada a um elemento central. Como resultado, sabe-se que os poliácidos estão principalmente em um estado de oxidação para o número de oxidação máximo, demonstram excelentes propriedades como um catalisador de oxidação, e são ácidos fortes. Por exemplo, a força de ácido do ácido fosfotungstico (pKa = -13,16), que é um heteropoliácido, é maior do que a força de ácido do ácido sulfúrico (pKa = -11,93). Assim, mesmo sob condições de temperatura branda, tais como uma temperatura de 50°C, por exemplo, é possível degradar a celulose ou a hemicelulose para produzir um monossa-carídeo, tal como a glicose ou a xilose. O ácido agrupado usado na invenção pode ser um homopoliácido ou um heteropo- liácido, porém um heteropoliácido é preferido porque ele tem uma alta capacidade oxidante e uma alta força de ácido. O heteropoliácido que pode ser usado não está particularmente limitado. Por exemplo, o heteropoliácido pode ser representado pela fórmula geral HwAxB-yOz (A significa um heteroátomo, B significa um poliátomo que serve como um esqueleto do poliácido, w significa uma razão de composição de átomos de hidrogênio, x significa uma razão de composição de heteroátomos, y significa uma razão de composição de poliáto-mos,e z significa uma razão de composição de átomos de oxigênio). Os exemplos do poliátomo B incluem os átomos tais como W, Mo, V, e Nb, que podem formar o poliácido. Os exemplos do heteroátomo A incluem os átomos tais como P, Si, Ge, As, e B que podem formar um heteropoliácido. O número de tipos dos poliátomos e heteroátomos que estão contidos em uma única molécula do heteropoliácido pode ser um ou mais.In accordance with the invention, pooled acid, used as a catalyst for hydrolyzing plant fiber material, means an acid in which a plurality of oxo acids, i.e. a so-called polyacid, is condensed. In most polyacids, a plurality of oxygen atoms are attached to a central element. As a result, polyacids are known to be primarily in a state of oxidation to the maximum oxidation number, demonstrate excellent properties as an oxidation catalyst, and are strong acids. For example, the acid strength of phosphotungstic acid (pKa = -13.16), which is a heteropoly acid, is greater than the acid force of sulfuric acid (pKa = -11.93). Thus, even under mild temperature conditions, such as a temperature of 50 ° C, for example, it is possible to degrade cellulose or hemicellulose to produce a monosaccharide such as glucose or xylose. The grouped acid used in the invention may be a homopoly acid or a heteropoly acid, but a heteropoly acid is preferred because it has a high oxidizing capacity and a high acid strength. The heteropoly acid that can be used is not particularly limited. For example, the heteropolyacid may be represented by the general formula HwAxB-yOz (A means a heteroatom, B means a polyatom that serves as a polyacid backbone, w means a hydrogen atoms composition ratio, x means a atoms composition ratio). heteroatoms, y means a polyatom composition ratio, and z means an oxygen atom composition ratio). Examples of polyatom B include atoms such as W, Mo, V, and Nb, which may form the polyacid. Examples of heteroatom A include atoms such as P, Si, Ge, As, and B which may form a heteropoly acid. The number of types of polyatoms and heteroatoms that are contained in a single heteropoly acid molecule can be one or more.

Por causa do bom balanço de força de ácido e a capacidade oxidante, prefere-se que o ácido fosfotungstico H3[PWi2O40] ou o ácido silicotungstico H4[SiW12O40], os quais são tungstatos, seja usado. O ácido fosfomolibdico H3[PMo1204o], o qual é um molibdato, também pode ser vantajosamente usado. A estrutura de um heteropoliácido do tipo Keggin [Χπ+Μ12Ο40: X = P, Si, Ge, As, etc., M = Mo, W, etc.] (ácido fosfotungstico) é mostrada na FIG. 1. Um tetraedro X04 está presente no centro de um poliedro constituído por unidades de ΜΟβ octaédricas, e a água de cristalização em grande quantidade está presente em torno desta estrutura. A estrutura do ácido agrupado não está particularmente limitada e pode ser não somente do tipo Keggin, como também, por exemplo, de um tipo Dawson. Aqui, a água que está hidratada ou coordenada ao catalisador de ácido agrupado em um estado cristalino ou ao catalisador de ácido agrupado em um estado agrupado constituído por diversas moléculas do catalisador de ácido agrupado é descrita por um termo geralmente usado "água de cristalização". A água de cristalização inclui o ânion água que está ligado por hidrogênio ao ânion que constitui o catalisador de ácido agrupado, a água de coordenação que está coordenada ao cátion, a água de rede cristalina que não está coordenada ao cátion ou ao ânion, e também a água que está contida na forma de grupos OH. O catalisador de ácido agrupado em um estado agrupado em uma associação constituída por uma até diversas moléculas de ácidos agrupados e é diferente de um cristal. O catalisador de ácido agrupado em um estado agrupado pode estar em um estado sólido, um estado pseudofundido, e em um estado de dissolução em um solvente (estado coloidal).Because of the good balance of acid strength and oxidizing capacity, it is preferred that phosphotungstic acid H3 [PWi2O40] or silicotungstic acid H4 [SiW12O40], which are tungstates, be used. Phosphomolybdic acid H3 [PMo1204o], which is a molybdate, may also be advantageously used. The structure of a Keggin type heteropoly acid [Χπ + Μ12Ο40: X = P, Si, Ge, As, etc., M = Mo, W, etc.] (phosphotungstic acid) is shown in FIG. 1. An X04 tetrahedron is present in the center of a polyhedron consisting of octahedral unidadesβ units, and large amount of crystallization water is present around this structure. The structure of the grouped acid is not particularly limited and may be not only of the Keggin type, but also, for example, of a Dawson type. Here, water that is hydrated or coordinated to the grouped acid catalyst in a crystalline state or the grouped acid catalyst consisting of several molecules of the grouped acid catalyst is described by a commonly used term "crystallization water". Crystallization water includes the water anion which is hydrogen bonded to the anion constituting the pooled acid catalyst, the coordinating water that is coordinated to the cation, the crystal lattice water that is not coordinated to the cation or anion, and also water that is contained in the form of OH groups. The grouped acid catalyst in a grouped state in an association consisting of one to several grouped acid molecules and is different from a crystal. The grouped acid catalyst in a grouped state may be in a solid state, a pseudofused state, and a dissolving state in a solvent (colloidal state).

No processo de hidrólise do método de glicosilar e separar de acordo com a invenção, o material de fibra vegetal é dividido e adicionado em ciclos. Portanto, o monossacarí-deo que tiver sido produzido a partir do material de fibra vegetal que foi carregado no início do processo de hidrólise é aquecido e continuamente misturado com o catalisador de ácido agrupado juntamente com o material de fibra vegetal adicionalmente carregado. Portanto, a ocorrência da reação de desidratação (hiper-reação) dos monossacarídeos é inibida, com isso tornando possível aumentar o rendimento de monossacarídeos. A partir deste ponto de vista, prefere-se que seja usado um catalisador em um estado agrupado que tenha uma força de ácido adequada para a hidrólise da celulose como o catalisador de ácido agrupado. Porque um ácido agrupado em um estado agrupado dificilmente induz a hiper-reação dos monossacarídeos, o rendimento de monossacarídeos não diminui, mesmo no aquecimento de longa duração do ácido agrupado com o monossacarídeo. Um método para preparar o catalisador de ácido agrupado em um estado agrupado não está particularmente limitado. Um método específico para isso será descrito abaixo. O catalisador de ácido agrupado acima descrito está em um estado sólido na temperatura normal, porém torna-se um estado pseudofundido quando aquecido até uma temperatura mais elevada. O estado pseudofundido, como referido neste documento, significa um estado no qual o ácido agrupado está aparentemente fundido, porém não está completamente fundido em um estado líquido; o estado pseudofundido é parecido com um estado coloidal (sol), em que o ácido agrupado está disperso em um líquido, e é um estado no qual o ácido agrupado mostra fluidez. Pode-se confirmar se o ácido agrupado está no estado pseudofundido por observações visuais, ou no caso de um sistema homogêneo, por DTG (Calorimetria de Varredura Diferencial). O estado pseudofundido do ácido agrupado altera-se, dependendo da temperatura e da quantidade de água de cristalização contida no catalisador de ácido agrupado (ver a FIG. 2). Mais especificamente, onde a quantidade de água de cristalização contida no ácido fosfotungstico, que é um ácido agrupado, for alta, a temperatura na qual o ácido demonstra um estado pseudofundido diminui. Assim, um catalisador de ácido agrupado contendo uma grande quantidade de água de cristalização demonstra um efeito catalítico sobre a reação de hidrólise da celulose em uma temperatura menor do que aquela do catalisador de ácido agrupado com uma quantidade relativamente pequena de água de cristalização. Em outras palavras, pelo controle da quantidade de água de cristalização contida no catalisador de ácido agrupado no sistema de reação do processo de hidrólise, é possível levar o catalisador de ácido agrupado para um estado pseudofundido na temperatura de reação de hidrólise alvo. Por exemplo, quando o ácido fosfotungstico for usado como o catalisador de ácido agrupado, é possível controlar a temperatura de reação de hidrólise dentro da faixa entre 40 e 110°C por alteração da quantidade de água de cristalização no ácido agrupado (ver a FIG. 2), A FIG. 2 mostra uma relação entre a razão de água de cristalização no heteropoliá-cido (ácido fosfotungstico), que é um catalisador de ácido agrupado típico, e a temperatura (temperatura de fusão aparente) na qual o estado pseudofundido é demonstrado primeiramente. O catalisador de ácido agrupado está em um estado sólido na região abaixo da curva, e em um estado pseudofundido na região acima da curva. Além disso, na FIG. 2, a ra- zão de água de cristalização (%) é um valor obtido supondo que uma quantidade padrão de água de cristalização n (n = 30) no ácido agrupado (ácido fosfotungstico) seja 100%. Porque nenhum componente do catalisador de ácido agrupado é termicamente decomposto e volatilizado, mesmo em uma alta temperatura, tal como 800°C, a quantidade de água de cristalização pode ser especificada por um método pirolítico (medições de TG). A quantidade padrão de água de cristalização, conforme referida neste documento, é a quantidade (o número de moléculas) de água de cristalização contida em uma molécula do ácido agrupado em um estado sólido, na temperatura ambiente, e a quantidade padrão varia dependendo do tipo de ácido agrupado. Por exemplo, a quantidade padrão de água de cristalização é cerca de 30 no ácido fosfotungstico(H3[PWi204o] nH20 (n « 30)), cerca de 24 no ácido silicotungstico (H4SÍW12O40] nH20 (n « 24)), e cerca de 30 no ácido fosfomolib-dico (Η3[ΡΜθι2θ4ο] nH20 (n * 30)). A quantidade de água de cristalização contida no catalisador de ácido agrupado pode ser regulada controlando-se a quantidade de água presente no sistema de reação de hidrólise. Especificamente, quando for desejado aumentar a quantidade de água de cristalização contida no catalisador de ácido agrupado, ou seja, diminuir a temperatura de reação, é possível adicionar a água ao sistema de reação de hidrólise por adição de água à mistura contendo o material de fibra vegetal e o catalisador de ácido agrupado ou por aumento da umidade relativa da atmosfera do sistema de reação. Como resultado, o ácido agrupado recebe a água adicionada como água de cristalização, e a temperatura de fusão aparente do catalisador de ácido agrupado é diminuída.In the hydrolysis process of the glycosylate and separation method according to the invention, the vegetable fiber material is divided and added in cycles. Therefore, monosaccharide that was produced from the plant fiber material that was loaded at the beginning of the hydrolysis process is heated and continuously mixed with the acid catalyst grouped together with the additionally loaded plant fiber material. Therefore, the occurrence of monosaccharide dehydration reaction (hyperreaction) is inhibited, thereby making it possible to increase monosaccharide yield. From this point of view, it is preferred that a catalyst in a pooled state having an acid force suitable for cellulose hydrolysis as the pooled acid catalyst is used. Because a grouped acid in a grouped state hardly induces monosaccharide overreaction, the yield of monosaccharides does not decrease, even on long-term heating of the acid grouped with the monosaccharide. A method for preparing the pooled acid catalyst in a pooled state is not particularly limited. A specific method for this will be described below. The grouped acid catalyst described above is in a solid state at normal temperature, but becomes a pseudofused state when heated to a higher temperature. The pseudofused state, as referred to herein, means a state in which the pooled acid is apparently fused but not completely fused to a liquid state; The pseudo-fused state is similar to a colloidal (sol) state, in which the pooled acid is dispersed in a liquid, and is a state in which the pooled acid shows fluidity. It can be confirmed whether the clustered acid is in the pseudofused state by visual observations, or in the case of a homogeneous system by DTG (Differential Scanning Calorimetry). The pseudofused state of the pooled acid changes depending on the temperature and amount of crystallization water contained in the pooled acid catalyst (see FIG. 2). More specifically, where the amount of crystallization water contained in the phosphotungstic acid, which is a pooled acid, is high, the temperature at which the acid shows a pseudofused state decreases. Thus, a pooled acid catalyst containing a large amount of crystallization water demonstrates a catalytic effect on the cellulose hydrolysis reaction at a lower temperature than that of a pooled acid catalyst with a relatively small amount of crystallization water. In other words, by controlling the amount of crystallization water contained in the pooled acid catalyst in the hydrolysis process reaction system, it is possible to bring the pooled acid catalyst to a pseudofused state at the target hydrolysis reaction temperature. For example, when phosphotungstic acid is used as the pooled acid catalyst, it is possible to control the hydrolysis reaction temperature within the range of 40 to 110 ° C by changing the amount of crystallization water in the pooled acid (see FIG. 2), FIG. 2 shows a relationship between the ratio of water of crystallization in heteropoly acid (phosphotungstic acid), which is a typical pooled acid catalyst, and the temperature (apparent melting temperature) at which the pseudofused state is first demonstrated. The grouped acid catalyst is in a solid state in the region below the curve, and in a pseudofused state in the region above the curve. Furthermore, in FIG. 2, the crystallization water ratio (%) is a value obtained assuming that a standard amount of crystallization water n (n = 30) in the pooled acid (phosphotungstic acid) is 100%. Because no component of the grouped acid catalyst is thermally decomposed and volatilized, even at a high temperature, such as 800 ° C, the amount of crystallization water can be specified by a pyrolytic method (TG measurements). The standard amount of crystallization water, as referred to herein, is the amount (the number of molecules) of crystallization water contained in a molecule of acid grouped in a solid state at room temperature, and the standard amount varies depending on the type. of grouped acid. For example, the standard amount of crystallization water is about 30 in phosphotungstic acid (H3 [PWi204o] nH20 (n '30)), about 24 in silicotungstic acid (H4SÍW12O40] nH20 (n' 24)), and about 30 in phosphomolibidic acid (Η3 [ΡΜθι2θ4ο] nH20 (n * 30)). The amount of crystallization water contained in the pooled acid catalyst can be regulated by controlling the amount of water present in the hydrolysis reaction system. Specifically, when it is desired to increase the amount of crystallization water contained in the pooled acid catalyst, ie to decrease the reaction temperature, it is possible to add water to the hydrolysis reaction system by adding water to the fiber material mixture. and the grouped acid catalyst or by increasing the relative humidity of the reaction system atmosphere. As a result, the pooled acid receives the added water as crystallization water, and the apparent melting temperature of the pooled acid catalyst is decreased.

Em contraste, quando for desejado reduzir a quantidade de água de cristalização contida no catalisador de ácido agrupado, ou seja, elevar a temperatura de reação, é possível reduzir a quantidade de água de cristalização contida no catalisador de ácido agrupado por remoção da água do sistema de reação de hidrólise, por exemplo, aquecendo o sistema de reação para evaporar a água, ou adicionando um agente dessecativo á mistura contendo o material de fibra vegetal e o catalisador de ácido agrupado. Como resultado, a temperatura de fusão aparente do catalisador de ácido agrupado é elevada. Conforme descrito acima, é possível controlar facilmente a quantidade de água de cristalização contida no ácido agrupado, e é também possível regular facilmente a temperatura de reação na qual a celulose é hidrolisada, pelo controle da quantidade de água de cristalização.In contrast, when it is desired to reduce the amount of crystallization water contained in the pooled acid catalyst, ie, to increase the reaction temperature, it is possible to reduce the amount of crystallization water contained in the pooled acid catalyst by removing water from the system. hydrolysis reaction, for example by heating the reaction system to evaporate water, or by adding a desiccant to the mixture containing the plant fiber material and the grouped acid catalyst. As a result, the apparent melting temperature of the pooled acid catalyst is high. As described above, it is possible to easily control the amount of crystallization water contained in the pooled acid, and it is also possible to easily regulate the reaction temperature at which the cellulose is hydrolyzed by controlling the amount of crystallization water.

Conforme descrito acima, o ácido agrupado exibe uma alta atividade catalítica para a hidrólise da celulose, mesmo em baixas temperaturas, devido a uma alta força de ácido do ácido agrupado. Porque o diâmetro de uma molécula do ácido agrupado é cerca de 1 a 2 nm, tipicamente ligeiramente maior do que 1 nm, o ácido agrupado é facilmente misturado com o material de fibra vegetal, que é a matéria-prima, e, portanto, promove eficientemente a hidrólise da celulose. Assim, é possível hidrolisar a celulose sob condições brandas de temperatura com alta eficiência de energia e baixa carga ambiental. Além disso, em contraste com o método convencional para a hidrólise de celulose, que utiliza um ácido, tal como o ácido sulfúrico, o método de acordo com a invenção que utiliza um ácido agrupado como um catalisador, a eficiência de separação do sacarídeo e do catalisador é alta e eles podem ser facilmente separados. Porque o ácido agrupado está em um estado sólido em certa temperatura, ele pode ser separado do sacarídeo, que é o produto. Portanto, o ácido agrupado separado pode ser recuperado e reutilizado. Ademais, porque o catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido também atua como um catalisador de reação, pode ser enormemente reduzida a quantidade de solvente usado como o solvente de reação em comparação com aquela do método convencional. Isto significa que a separação do ácido agrupado e do sacarídeo, que é o produto, e a recuperação do ácido agrupado podem ser efetuadas em uma eficiência aumentada. Desse modo, a invenção na qual o ácido a-grupado é utilizado como o catalisador de hidrólise da celulose pode reduzir o custo e diminuir a carga ambiental.As described above, the grouped acid exhibits a high catalytic activity for cellulose hydrolysis even at low temperatures due to a high acid strength of the grouped acid. Because the diameter of a pooled acid molecule is about 1 to 2 nm, typically slightly larger than 1 nm, the pooled acid is easily mixed with the plant fiber material, which is the raw material, and therefore promotes hydrolysis of cellulose efficiently. Thus, it is possible to hydrolyze the cellulose under mild temperature conditions with high energy efficiency and low environmental load. Moreover, in contrast to the conventional method for cellulose hydrolysis, which uses an acid such as sulfuric acid, the method according to the invention which uses a grouped acid as a catalyst, the separation efficiency of the saccharide and the Catalyst is high and they can be easily separated. Because the grouped acid is in a solid state at a certain temperature, it can be separated from the saccharide, which is the product. Therefore, the separated grouped acid can be recovered and reused. Furthermore, because the acid catalyst grouped in a pseudofused state also acts as a reaction catalyst, the amount of solvent used as the reaction solvent can be greatly reduced compared to that of the conventional method. This means that separation of the grouped acid and saccharide, which is the product, and recovery of the grouped acid can be accomplished at increased efficiency. Thus, the invention in which Î ± -grouped acid is used as the cellulose hydrolysis catalyst can reduce the cost and decrease the environmental burden.

De acordo com a invenção, no processo de hidrólise no qual um material de fibra vegetal é hidrolisado e um sacarídeo é produzido por utilização de um catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, o catalisador de ácido agrupado e uma quantidade do material de fibra vegetal, que aumenta a viscosidade do catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido quando adicionada ao catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, são aquecidos e misturados, com isso promovendo a hidrólise do material de fibra vegetal, e o material de fibra vegetal é então adicionalmente carregado a-pós a viscosidade da mistura aquecida ter diminuído.According to the invention, in the hydrolysis process in which a plant fiber material is hydrolyzed and a saccharide is produced using a pseudofused grouped acid catalyst, the grouped acid catalyst and an amount of the plant fiber material , which increases the viscosity of the grouped acid catalyst in a pseudo state when added to the grouped acid catalyst in a pseudo state, are heated and mixed, thereby promoting hydrolysis of the plant fiber material, and the plant fiber material is then added. further charged at-post the viscosity of the heated mixture has decreased.

Neste caso, a quantidade do material de fibra vegetal que aumenta uma viscosidade do catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, quando adicionada ao catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, como referida neste documento, é a quantidade que aumenta a viscosidade quando o catalisador de ácido agrupado usado no processo de hidrólise está em um estado pseudofundido e o material de fibra vegetal é adicionado ao catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, sobre a viscosidade do catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, antes da adição do material de fibra vegetal. A quantidade específica do material de fibra vegetal difere dependendo das propriedades do material de fibra vegetal usado (tamanho, formato, estrutura do poro, e similar) e da temperatura de aquecimento, do estado de agitação (amassamento), e da distribuição das temperaturas durante a mistura do material de fibra vegetal catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido e o material de fibra vegetal. Portanto, a quantidade específica pode ser apropriadamente determinada com antecedência. Normalmente, onde a razão de volume do material de fibra vegetal para o catalisador de ácido a-grupado usado no processo de hidrólise for igual a, ou maior do que, 60%, a viscosidade eleva-se quando o material de fibra vegetal for adicionado ao catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido. Em particular, a partir do ponto de vista da eficiência de processamento do material de fibra vegetal, prefere-se que a razão de volume do material de fibra vegetal para o catalisador de ácido agrupado usado no processo de hidrólise seja igual a, ou maior do que, 50%, ainda mais preferivelmente igual a, ou maior do que, 65%. A sequência na qual o catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal são carregados para um recipiente de reação não está particularmente limitada. Por exemplo, o catalisador de ácido agrupado pode ser carregado e aquecido para obter um estado pseudofundido, e então o material de fibra vegetal pode ser carregado. Alternativamente, o catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal podem ser carregados juntos e então aquecidos para levar o catalisador de ácido agrupado para um estado pseudofundido. Em um caso onde o catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal forem aquecidos após o carregamento, o catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal são preferivelmente misturados e agitados com antecedência, antes do aquecimento. O grau de contato entre o ácido agrupado e o material de fibra vegetal pode ser aumentado conduzindo-se a mistura até certo grau, antes do ácido agrupado ser levado para um estado pseudofundido.In this case, the amount of plant fiber material that increases a viscosity of the acid catalyst grouped in a pseudofused state, when added to the acid catalyst grouped in a pseudofused state, as referred to herein, is the amount that increases the viscosity when the Clustered acid catalyst used in the hydrolysis process is in a pseudo-fused state and the plant fiber material is added to the clustered acid catalyst in a pseudo-fused state, on the viscosity of the clustered acid catalyst in a pseudo-fused state, prior to the addition of material of vegetable fiber. The specific amount of the vegetable fiber material differs depending on the properties of the vegetable fiber material used (size, shape, pore structure, and the like) and heating temperature, agitation (kneading) state, and temperature distribution during the mixture of the acid catalyst plant fiber material grouped in a pseudofused state and the plant fiber material. Therefore, the specific amount may be appropriately determined in advance. Normally, where the volume ratio of the vegetable fiber material to the grouped acid catalyst used in the hydrolysis process is equal to or greater than 60%, the viscosity increases when the vegetable fiber material is added. to the acid catalyst grouped in a pseudofused state. In particular, from the point of view of the processing efficiency of the vegetable fiber material, it is preferred that the volume ratio of the vegetable fiber material to the grouped acid catalyst used in the hydrolysis process be equal to or greater than that, 50%, even more preferably equal to or greater than 65%. The sequence in which the pooled acid catalyst and plant fiber material is loaded into a reaction vessel is not particularly limited. For example, the pooled acid catalyst may be charged and heated to a pseudofused state, and then the plant fiber material may be charged. Alternatively, the pooled acid catalyst and plant fiber material may be loaded together and then heated to bring the pooled acid catalyst to a pseudofused state. In a case where the pooled acid catalyst and the vegetable fiber material is heated after loading, the pooled acid catalyst and the vegetable fiber material is preferably mixed and shaken in advance prior to heating. The degree of contact between the grouped acid and the plant fiber material may be increased by conducting the mixture to some degree before the grouped acid is brought to a pseudofused state.

Conforme descrito acima, porque o catalisador de ácido agrupado torna-se um estado pseudofundido e atua como um catalisador de reação no processo de hidrólise, de a-cordo com a invenção, é possível não utilizar nenhuma água ou solvente orgânico como um solvente de reação no processo de hidrólise, porém a água ou o solvente orgânico pode ser requerido dependendo da forma (tamanho, estado das fibras, etc.) do material de fibra vegetal, da razão de mistura e da razão de volume do catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal, e similar. Entretanto, a água é necessária para hidrolisar a celulose no processo de hidrólise. Mais especificamente, (n-1) moléculas de água são requeridas para degradar a celulose, em que (n) glicoses foram polimerizadas em (n) glicoses (n é um número natural). Portanto, em um caso onde um total da soma da quantidade de água de cristalização que é necessária para levar o ácido agrupado para um estado pseudofundido, na temperatura de reação, e a quantidade de água necessária para hidrolisar a quantidade carregada inteira de celulose em glicose não estiver presente no sistema de reação, a água de cristalização do catalisador de ácido agrupado é usada para a hidrólise da celulose, a quantidade de água de cristalização do catalisador de ácido agrupado diminui, e o ácido agrupado solidifica-se. Assim, o grau de contato entre o catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal ou a viscosidade da mistura do material de fibra vegetal e o catalisador de ácido agrupado aumenta e um longo tempo é requerido para misturar a mistura suficientemente.As described above, because the pooled acid catalyst becomes a pseudofused state and acts as a reaction catalyst in the hydrolysis process according to the invention, no water or organic solvent can be used as a reaction solvent. In the hydrolysis process, however, water or organic solvent may be required depending on the shape (size, fiber state, etc.) of the plant fiber material, the mixing ratio and the volume ratio of the pooled acid catalyst and vegetable fiber material, and the like. However, water is required to hydrolyze cellulose in the hydrolysis process. More specifically, (n-1) water molecules are required to degrade cellulose, where (n) glycoses have been polymerized to (n) glycoses (n is a natural number). Therefore, in a case where a sum total of the amount of crystallization water that is required to bring the pooled acid to a pseudofused state at the reaction temperature and the amount of water required to hydrolyze the entire charged amount of cellulose to glucose If not present in the reaction system, the pooled acid catalyst crystallization water is used for cellulose hydrolysis, the amount of the pooled acid catalyst crystallization water decreases, and the pooled acid solidifies. Thus, the degree of contact between the pooled acid catalyst and the plant fiber material or the viscosity of the blend of the plant fiber material and the pooled acid catalyst is increased and a long time is required to mix the mixture sufficiently.

Portanto, para assegurar a ação catalítica do catalisador de ácido agrupado e a sua função como um solvente de reação na temperatura de reação, no processo de hidrólise, ou seja, para possibilitar que o catalisador de ácido agrupado mantenha o estado pseudofundi-do, prefere-se que a quantidade de água no sistema de reação satisfaça a condição a seguir. Assim, prefere-se que a quantidade de água no sistema de reação seja igual ao, ou maior do que o, total da soma da (A) quantidade de água de cristalização necessária para o catalisador de ácido agrupado inteiro, presente no sistema de reação, estar no estado pseu-dofundido, na temperatura de reação, no processo de hidrólise, e a (B) quantidade de água necessária para a quantidade inteira de celulose presente no sistema de reação ser hidroli-sada em glicose. Prefere-se especialmente que o total da soma de (A) e (B) seja adicionado. Isto é porque onde for adicionada água extra, o sacarídeo produzido e o ácido agrupado são dissolvidos na água extra e um processo de separar o sacarídeo e o ácido agrupado torna-se difícil. Antes do carregamento adicional do material de fibra vegetal que é carregado adicionalmente, a quantidade (B) de água é a quantidade (B1) de água que é necessária para hidrolisar em glicose a quantidade inteira de celulose contida no material de fibra vegetal que é hidrolisado inicialmente e, após o carregamento adicional do material de fibra vegetal, a quantidade (B) de água é a quantidade (B1 + B2) que é necessária para hidrolisar em glicose a quantidade inteira de celulose contida no material de fibra vegetal que é hidrolisa-do adicionalmente e no material de fibra vegetal adicionado subsequentemente. Como para a quantidade (B) de água, a quantidade total (B1 + B2) pode ser adicionada antes do carregamento adicional do material de fibra vegetal, ou B1 e B2 podem ser adicionadas de modo separado, correspondentemente ao carregamento adicional do material de fibra vegetal.Therefore, to ensure the catalytic action of the pooled acid catalyst and its function as a reaction solvent at the reaction temperature in the hydrolysis process, ie to enable the pooled acid catalyst to maintain the pseudofused state, it prefers It is believed that the amount of water in the reaction system satisfies the following condition. Thus, it is preferred that the amount of water in the reaction system be equal to or greater than the sum of the (A) amount of crystallization water required for the entire pooled acid catalyst present in the reaction system. being in the pseudo-molten state at the reaction temperature in the hydrolysis process, and (B) the amount of water required for the entire amount of cellulose present in the reaction system to be hydrolyzed to glucose. It is especially preferred that the sum total of (A) and (B) be added. This is because where extra water is added, the produced saccharide and the pooled acid are dissolved in the extra water and a process of separating the saccharide and the pooled acid becomes difficult. Prior to the additional loading of the additionally loaded vegetable fiber material, the amount (B) of water is the amount (B1) of water that is required to hydrolyze to glucose the entire amount of cellulose contained in the vegetable fiber material that is hydrolyzed. and after additional loading of the vegetable fiber material, the amount (B) of water is the amount (B1 + B2) that is required to hydrolyze to glucose the entire amount of cellulose contained in the vegetable fiber material that is hydrolyzed. additionally and in the subsequently added vegetable fiber material. As for the amount (B) of water, the total amount (B1 + B2) may be added before additional loading of the vegetable fiber material, or B1 and B2 may be added separately, corresponding to the additional loading of the fiber material. vegetable.

No processo de hidrólise, a quantidade de água no sistema de reação diminui e a quantidade de água de cristalização do catalisador de ácido agrupado também diminui. Como resultado, o catalisador de ácido agrupado pode tornar-se sólido e o grau de contato com o material de fibra vegetal e a capacidade de mistura do sistema de reação podem degradar. A ocorrência de tais problemas pode ser evitada por aumento da temperatura de hidrólise, de modo que o catalisador de ácido agrupado seja levado para o estado pseudo-fundido. Ademais, prefere-se que a quantidade desejada de água de cristalização do catalisador de ácido agrupado possa ser assegurada, mesmo quando a umidade relativa do sistema de reação for diminuída por aquecimento, no processo de hidrólise. Especificamente, pode ser usado um método pelo qual um estado de pressão de vapor saturado é produzido na temperatura de reação de hidrólise, dentro de um recipiente de reação pré-vedado, de modo que a atmosfera do sistema de reação, em uma temperatura de reação predeterminada, esteja abaixo da pressão de vapor saturado, a temperatura seja diminuída para condensar o vapor, ao mesmo tempo mantendo o estado vedado, e a água condensada seja adicionada ao material de fibra vegetal e ao catalisador de ácido agrupado. Além disso, em um caso onde for usado o material de fibra vegetal contendo umidade, prefere-se que a quantidade de umidade contida no material de fibra vegetal também seja considerada como a quantidade de umidade presente no sistema de reação; isto não é particularmente necessário em um caso onde for usado o material de fibra vegetal seco.In the hydrolysis process, the amount of water in the reaction system decreases and the amount of crystallization water of the pooled acid catalyst also decreases. As a result, the pooled acid catalyst may become solid and the degree of contact with the vegetable fiber material and the mixing ability of the reaction system may degrade. The occurrence of such problems can be prevented by increasing the hydrolysis temperature so that the pooled acid catalyst is brought to the pseudo-molten state. Furthermore, it is preferred that the desired amount of crystallization water from the pooled acid catalyst can be ensured even when the relative humidity of the reaction system is decreased by heating in the hydrolysis process. Specifically, a method may be used whereby a saturated vapor pressure state is produced at the hydrolysis reaction temperature within a pre-sealed reaction vessel such that the atmosphere of the reaction system at a reaction temperature predetermined, is below the saturated vapor pressure, the temperature is lowered to condense the steam while maintaining the sealed state, and the condensed water is added to the plant fiber material and the bundled acid catalyst. In addition, in a case where moisture-containing plant fiber material is used, it is preferred that the amount of moisture contained in the plant fiber material is also considered as the amount of moisture present in the reaction system; This is not particularly necessary in a case where dry vegetable fiber material is used.

Quando a reação de hidrólise do material de fibra vegetal tiver progredido e a viscosidade da mistura aquecida tiver diminuído, o material de fibra vegetal é adicionalmente carregado. A viscosidade da mistura aquecida pode ser medida diretamente com um visco-símetro (por exemplo, um ressonador de som de cisalhamento ou similar) disposto dentro do recipiente de reação, ou determinada indiretamente a partir do torque da pá de agitação que mistura a mistura aquecida, da altura do líquido medida pelo medidor do nível de líquido disposto dentro do recipiente de reação, e da relação entre a rotação e o torque da pá de agitação. A viscosidade da mistura aquecida, na hora que o material de fibra vegetal é adicionalmente carregado, não está limitada a um valor específico, desde que ela seja menor do que a viscosidade da mistura aquecida que inclui o catalisador de ácido agrupado no estado pseudofundido e o material de fibra vegetal no estágio inicial da reação do processo de hidrólise e que a mistura aquecida possa ser misturada, apesar do carregamento adicional do material de fibra vegetal para a mistura aquecida. A viscosidade da mistura aquecida na qual o material de fibra vegetal é para ser adicionalmente carregado pode ser apropriadamente determinada correspondentemente à quantidade do material de fibra vegetal que será adicionalmente carregado. Assim, onde uma pequena quantidade for para ser adicionalmente carregada, o carregamento adicional pode ser efetuado quando a viscosidade tiver diminuído um pouco, e onde uma grande quantidade for para ser adicionalmente carregada, o carregamento adicional é efetuado após esperar até a reação de hidrólise progredir suficientemente e a viscosidade diminuir significativamente. Em qualquer caso, prefere-se que o carregamento adicional seja efetuado de modo a não exceder a viscosidade da mistura a-quecida no estágio inicial da reação, quando o material de fibra é inicialmente adicionado. Normalmente, prefere-se que o material de fibra vegetal seja adicionalmente carregado após a viscosidade da mistura aquecida ter diminuído até, ou abaixo de, 1,5 Pa.s (1500 cp), preferivelmente igual a, ou abaixo de, 1,2 Pa.s (1200 cp), e ainda mais preferivelmente igual a, ou abaixo de, 1 Pa.s (1000 cp). A quantidade do material de fibra vegetal que é adicionalmente carregado não está particularmente limitada e pode ser determinada apropriadamente, desde que ela esteja dentro de uma faixa na qual a capacidade de misturar da mistura aquecida, após o carregamento adicional do material de fibra vegetal, possa ser assegurada. A partir do ponto de vista da eficiência de processamento do material de fibra vegetal, prefere-se normalmente que a razão de volume do material de fibra vegetal subsequentemente adicionado para o catalisador de ácido agrupado que é usado no processo de hidrólise seja igual a, ou maior do que, 60%. O carregamento adicional do material de fibra vegetal pode ser efetuado em uma pluralidade de ciclos. Assim, é possível repetir um processo no qual o material de fibra vegetal é adicionalmente carregado, após a viscosidade da mistura aquecida ter diminuído, depois do carregamento adicional anterior do material de fibra vegetal. O carregamento adicional do material de fibra no processo de hidrólise pode ser facilmente controlado retornando por retroalimentação as variações na viscosidade da mistura aquecida, que são medidas pelo viscosímetro, pelo torque da pá de agitação, pelo medidor do nível de líquido, ou similar, acima descritos, para o mecanismo, para carregar o material de fibra vegetal e adicionalmente carregar o material de fibra vegetal para a mistura aquecida, quando a viscosidade da mistura aquecida diminuir. Mais especificamente, por exemplo, em um caso de um aparelho de reação fixo (tipo batelada) mostrado na FIG. 3, a viscosidade de uma mistura aquecida 4 localizada em um recipiente de reação 1 pode ser medida com um sensor de viscosidade 2 e sensor de nível de líquido 3. O sensor de viscosidade 2, que mede a viscosidade da mistura aquecida 4, está preferivelmente disposto na superfície de fundo do recipiente de reação 1 ou em uma posição próxima à superfície de fundo, sobre o lado. Ademais, onde uma pluralidade de sensores de nível de líquido 3 estiverem dispostos na superfície lateral do recipiente de reação 1, as variações no nível de líquido da mistura aquecida 4, dentro do recipiente de reação 1, podem ser precisamente medidas. Neste caso, pelo fornecimento de uma pluralidade de sensores de temperatura 5 juntamente com os sensores de nível de líquido 3, é possível efetuar o controle por retroalimentação adequado da velocidade de rotação da pá de agitação (ver a FIG. 3). Conforme descrito acima, as variações na viscosidade da mistura aquecida 4 que são medidas com o sensor de viscosidade 2 e o sensor de nível de líquido 3 são preferivelmente retornadas por retroalimentação para um mecanismo de carregamento 9 do material de fibra vegetal. No arranjo mostrado na FIG.3, um aquecedor de aquecimento 7 e um sensor de temperatura 8 estão dispostos na superfície de fundo do recipiente de reação 1, e a temperatura da mistura aquecida 4 localizada no recipiente de reação 1 pode ser controlada. Além disso, a configuração do aparelho de reação fixo (tipo batelada) não está limitada àquela mostrada na FIG. 3. Por exemplo, conforme descrito acima, a viscosidade da mistura aquecida 4 pode ser medida indiretamente a partir do torque da pá de agitação 6. A FIG. 4 mostra uma modalidade de um aparelho de reação de fluxo passante. Em um recipiente de reação cilíndrico 100 tendo um mecanismo de agitação (uma pá de agitação 10) mostrado na FIG. 4, uma pluralidade de orifícios de carregamento 11(1) a 11(4) para o material de fibra vegetal e os sensores de viscosidade 12(1) a 12(4) estão dispostos na direção do fluxo à jusante de um orifício de carregamento 13 para o catalisador de ácido agrupado no estado pseudofundido. O período de carregamento adicional ou a quantidade adicionalmente carregada do material de fibra vegetal a ser carregado a partir dos orifícios de carregamento 11 pode ser determinada a partir da viscosidade da umidade aquecida que é medida pelo sensor de viscosidade 12 proporcionado a jusante para as posições onde os orifícios de carregamento 11 estão dispostos. Neste caso, a reação pode ser facilmente controlada no processo de hidrólise retornando por retroalimentação as variações na viscosidade da mistura aquecida, que são medidas com os sensores de viscosidade 12, para o período de carregamento adicional ou a quantidade adicionalmente carregada do material de fibra vegetal que será adicionalmente carregado a partir dos orifícios de carregamento 11. As posições de disposição dos sensores de viscosidade 12 e dos orifícios de carregamento 11 não estão particularmente limitadas. Por exemplo, o sensor de viscosidade 12(1) pode ser disposto adjacentemente ao, e a montante do, orifício de carregamento 11(2), que está disposto a jusante do orifício de carregamento 11(1) (ver a FIG. 4). Os orifícios de carregamento 11(2) e 11(3) e os sensores de viscosidade 12(2) e 12(3) estão dispostos similarmente. Em um aparelho de reação de fluxo passante, em um caso onde for usado um material de fibra vegetal que inclua a lignina, um heteropoliácido ou sacarídeo produzido não é removido imediatamente antes dos orifícios de carregamento 11, porém o resíduo a montante é preferivelmente removido dispondo um filtro que pode remover a lignina. A vantagem de diminuir a temperatura de reação no processo de hidrólise é que a eficiência de energia pode ser aumentada. A seletividade da produção de glicose na hidrólise da celulose contida no material de fibra vegetal varia, dependendo do processo de hidrólise. A eficiência da reação geralmente eleva-se à medida que a temperatura de reação eleva-se. Por exemplo, conforme descrito no Pedido de Patente Japonês Ns 2007-115407, na reação de hidrólise da celulose usando o ácido fosfotungstico com uma razão de água de cristalização de 160%, a taxa de reação R em uma temperatura de 50 a 90°C eleva-se com o aumento na temperatura e quase a celulose inteira reage em torno de 80°C. O rendimento de glicose mostra uma tendência similar de aumentar em 50 a 60°C, atinge um pico a 70°C e então diminui. Assim, a glicose é produzida com alta seletividade a 50 a 60°C, porém a 70 a 90°C, também ocorrem reações que não a produção de glicose, tais como a produção de outros sacarídeos, tais como a xilose, e a formação de produtos da decomposição. Portanto, a temperatura de reação da hidrólise é um fator importante que governa a seletividade da taxa de reação da celulose e a seletividade da produção de glicose, e é preferível que a temperatura de reação de hidrólise seja baixa em vista da eficiência de energia. Entretanto, prefere-se que a temperatura da reação de hidrólise seja determinada levando-se em conta também a taxa de reação da celulose e a seletividade da produção de glicose.When the hydrolysis reaction of the vegetable fiber material has progressed and the viscosity of the heated mixture has decreased, the vegetable fiber material is further charged. The viscosity of the heated mixture may be measured directly with a viscometer (eg, a shear sound resonator or the like) disposed within the reaction vessel, or determined indirectly from the torque of the stirring paddle mixing the heated mixture. , the height of the liquid measured by the liquid level meter disposed within the reaction vessel, and the ratio between the rotation and torque of the stirring blade. The viscosity of the heated mixture at the time the vegetable fiber material is additionally loaded is not limited to a specific value as long as it is less than the viscosity of the heated mixture which includes the pseudofused grouped acid catalyst and vegetable fiber material in the early stage of the hydrolysis process reaction and the heated mixture may be mixed despite the additional loading of the vegetable fiber material into the heated mixture. The viscosity of the heated mixture into which the vegetable fiber material is to be additionally loaded may be suitably determined corresponding to the amount of the vegetable fiber material that will be additionally loaded. Thus, where a small amount is to be additionally charged, the additional loading may be performed when the viscosity has decreased slightly, and where a large amount is to be further charged, the additional loading is performed after waiting until the hydrolysis reaction progresses. sufficiently and the viscosity decreases significantly. In any case, it is preferred that the additional loading be carried out so as not to exceed the viscosity of the heated mixture at the initial reaction stage when the fiber material is initially added. Typically, it is preferred that the vegetable fiber material be further loaded after the viscosity of the heated mixture has decreased to or below 1.5 Pa.s (1500 cp), preferably equal to or below 1.2 Pa.s. Pa.s (1200 cp), and even more preferably equal to or below 1 Pa.s (1000 cp). The amount of the vegetable fiber material that is additionally loaded is not particularly limited and can be appropriately determined as long as it is within a range in which the mixing ability of the heated mixture upon further loading of the vegetable fiber material can be achieved. be assured. From the point of view of the processing efficiency of the vegetable fiber material, it is generally preferred that the volume ratio of the subsequently added vegetable fiber material to the pooled acid catalyst that is used in the hydrolysis process is equal to, or greater than 60%. Additional loading of the vegetable fiber material may be effected in a plurality of cycles. Thus, it is possible to repeat a process in which the vegetable fiber material is further charged after the viscosity of the heated mixture has decreased after the previous further loading of the vegetable fiber material. Additional loading of the fiber material into the hydrolysis process can be easily controlled by feedback feedback variations in the viscosity of the heated mixture, which are measured by the viscometer, stirring blade torque, liquid level meter, or the like above. described for the mechanism for loading the vegetable fiber material and further loading the vegetable fiber material into the heated mixture when the viscosity of the heated mixture decreases. More specifically, for example, in a case of a fixed (batch type) reaction apparatus shown in FIG. 3, the viscosity of a heated mixture 4 located in a reaction vessel 1 may be measured with a viscosity sensor 2 and liquid level sensor 3. The viscosity sensor 2, which measures the viscosity of the heated mixture 4, is preferably arranged on the bottom surface of the reaction vessel 1 or in a position close to the bottom surface on the side. Moreover, where a plurality of liquid level sensors 3 are disposed on the side surface of the reaction vessel 1, the variations in the liquid level of the heated mixture 4 within the reaction vessel 1 can be precisely measured. In this case, by supplying a plurality of temperature sensors 5 together with the liquid level sensors 3, it is possible to carry out proper feedback control of the rotation speed of the stirring blade (see FIG. 3). As described above, the changes in viscosity of the heated mixture 4 that are measured with the viscosity sensor 2 and the liquid level sensor 3 are preferably returned by feedback to a vegetable fiber material loading mechanism 9. In the arrangement shown in FIG. 3, a heating heater 7 and a temperature sensor 8 are arranged on the bottom surface of the reaction vessel 1, and the temperature of the heated mixture 4 located in the reaction vessel 1 can be controlled. In addition, the configuration of the fixed (batch type) reaction apparatus is not limited to that shown in FIG. 3. For example, as described above, the viscosity of the heated mixture 4 may be measured indirectly from the stirring blade torque 6. FIG. 4 shows one embodiment of a bypass reaction apparatus. In a cylindrical reaction vessel 100 having a stirring mechanism (a stirring paddle 10) shown in FIG. 4, a plurality of loading holes 11 (1) to 11 (4) for the vegetable fiber material and viscosity sensors 12 (1) to 12 (4) are arranged in the downstream direction of a loading hole. 13 for the pseudofused grouped acid catalyst. The additional loading period or additionally loaded amount of the vegetable fiber material to be loaded from the loading holes 11 can be determined from the heated moisture viscosity which is measured by the downstream viscosity sensor 12 to the positions where loading holes 11 are disposed. In this case, the reaction can be easily controlled in the hydrolysis process by feedback feedback of the heated mixture viscosity, which is measured with the viscosity sensors 12, for the additional loading period or the additionally loaded amount of the vegetable fiber material. which will be further loaded from loading holes 11. The arrangement positions of the viscosity sensors 12 and loading holes 11 are not particularly limited. For example, the viscosity sensor 12 (1) may be arranged adjacent to and upstream of the loading hole 11 (2), which is arranged downstream of the loading hole 11 (1) (see FIG. 4). . Loading holes 11 (2) and 11 (3) and viscosity sensors 12 (2) and 12 (3) are similarly arranged. In a through-flow reaction apparatus, in a case where a lignin-containing plant fiber material is used, a heteropoly acid or saccharide produced is not removed immediately prior to the loading holes 11, but the upstream residue is preferably removed disposing of it. a filter that can remove lignin. The advantage of lowering the reaction temperature in the hydrolysis process is that energy efficiency can be increased. The selectivity of glucose production in the hydrolysis of cellulose contained in the plant fiber material varies depending on the hydrolysis process. The efficiency of the reaction generally increases as the reaction temperature rises. For example, as described in Japanese Patent Application No. 2007-115407, in the cellulose hydrolysis reaction using phosphotungstic acid with a crystallization water ratio of 160%, the reaction rate R at a temperature of 50 to 90 ° C. it rises with increasing temperature and almost the entire cellulose reacts around 80 ° C. Glucose yield shows a similar tendency to increase by 50 to 60 ° C, peaks at 70 ° C and then decreases. Thus, glucose is produced with high selectivity at 50 to 60 ° C, but at 70 to 90 ° C, reactions other than glucose production, such as the production of other saccharides such as xylose, and formation also occur. of decomposition products. Therefore, the hydrolysis reaction temperature is an important factor governing cellulose reaction rate selectivity and glucose production selectivity, and it is preferable that the hydrolysis reaction temperature be low in view of energy efficiency. However, it is preferred that the temperature of the hydrolysis reaction be determined by taking also into account the cellulose reaction rate and the selectivity of glucose production.

Conforme descrito acima, as condições de temperatura no processo de hidrólise podem ser apropriadamente determinadas com consideração por diversos fatores (por e-xemplo, a seletividade da reação, a eficiência de energia, a taxa de reação da celulose, etc.), porém, a partir do ponto de vista do balanço de eficiência de energia, taxa de reação da celulose, e rendimento de glicose, prefere-se normalmente a temperatura de igual a, ou menor do que, 140°C, e prefere-se especialmente a temperatura de igual a, ou menor do que, 120°C. Dependendo da forma do material de fibra vegetal, pode também ser usada uma baixa temperatura de igual a, ou menor do que, 100°C. Neste caso, a glicose pode ser produzida com eficiência de energia especialmente alta. A pressão no processo de hidrólise não está particularmente limitada, porém, porque a atividade catalítica do catalisador de ácido agrupado em relação à reação de hidrólise da celulose é alta, a hidrólise da celulose pode ser promovida com boa eficiência, mesmo sob condições de pressão brandas, tais como uma faixa a partir de uma pressão normal (pressão atmosférica) até 1 MPa.As described above, the temperature conditions in the hydrolysis process may be suitably determined with consideration for a number of factors (eg, reaction selectivity, energy efficiency, cellulose reaction rate, etc.), however, From the standpoint of the balance of energy efficiency, cellulose reaction rate, and glucose yield, the temperature is usually preferred at or below 140 ° C, and the temperature is especially preferred. equal to or less than 120 ° C. Depending on the shape of the vegetable fiber material, a low temperature of equal to or less than 100 ° C may also be used. In this case, glucose can be produced with especially high energy efficiency. The pressure in the hydrolysis process is not particularly limited, however, because the catalytic activity of the grouped acid catalyst relative to the cellulose hydrolysis reaction is high, cellulose hydrolysis can be promoted with good efficiency even under mild pressure conditions. , such as a range from normal pressure (atmospheric pressure) to 1 MPa.

Porque a mistura que inclui o catalisador de ácido agrupado e o material de fibra vegetal no processo de hidrólise tem uma alta viscosidade, por exemplo, pode ser vantajosamente usado um moinho de bolas usando aquecimento, porém pode ser também usado um dispositivo de agitação típico. A duração do processo de hidrólise não está particularmente limitada e pode ser apropriadamente definida de acordo com o formato do material de fibra vegetal usado, a razão do material de fibra vegetal e o catalisador de ácido agrupado, a atividade catalítica do catalisador de ácido agrupado, a temperatura de reação, a pressão de reação, e similar.Because the mixture which includes the pooled acid catalyst and the vegetable fiber material in the hydrolysis process has a high viscosity, for example, a ball mill using heating can be advantageously used, but a typical stirring device can also be used. The duration of the hydrolysis process is not particularly limited and may be appropriately defined according to the shape of the plant fiber material used, the ratio of the plant fiber material and the pooled acid catalyst, the catalytic activity of the pooled acid catalyst, reaction temperature, reaction pressure, and the like.

Onde a temperatura do sistema de reação diminuir após o fim da hidrólise ser diminuído, o sacarídeo produzido no processo de hidrólise torna-se uma solução aquosa de sa-carídeo onde a água, a qual dissolveu o sacarídeo, estiver presente na mistura de reação de hidrólise que inclui o catalisador de ácido agrupado, e onde nenhuma água estiver presente, o sacarídeo precipita-se e está contido no estado sólido. Parte do sacarídeo produzido pode estar presente na forma de solução aquosa e o balanço pode estar contido na forma de uma mistura no estado sólido. Porque o catalisador de ácido agrupado também é solúvel em água, onde uma quantidade suficiente de água estiver contida na mistura após o processo de hidrólise, o catalisador de ácido agrupado está também dissolvido em água.Where the temperature of the reaction system decreases after the end of hydrolysis is decreased, the saccharide produced in the hydrolysis process becomes an aqueous saccharide solution where water, which dissolved the saccharide, is present in the reaction mixture. hydrolysis including the pooled acid catalyst, and where no water is present, the saccharide precipitates and is contained in the solid state. Part of the saccharide produced may be present as an aqueous solution and the balance may be contained as a solid state mixture. Because the pooled acid catalyst is also water soluble, where a sufficient amount of water is contained in the mixture after the hydrolysis process, the pooled acid catalyst is also dissolved in water.

Um processo de separação do sacarídeo, no qual o sacarídeo (incluindo principalmente a glicose) produzido no processo de hidrólise e o catalisador de ácido agrupado são separados, será descrito abaixo. No método de glicosilação e separação de acordo com a invenção, um método para separar o sacarídeo e o ácido agrupado não está limitado ao método abaixo descrito. A mistura de reação após o processo de hidrólise (pode ser também referida a seguir como "mistura de reação de hidrólise") inclui pelo menos o catalisador de ácido agrupado e o sacarídeo produzido. Em um caso onde a quantidade de água no processo de hidrólise for um total da soma de (A) e (B), o sacarídeo da mistura de reação de hidrólise precipita. Nesse ínterim, o catalisador de ácido agrupado também se torna um estado sólido quando a temperatura diminui. Dependendo do tipo do material de fibra vegetal usado, um resíduo (celulose não reagida ou lignina, etc.) está contido como um componente sólido na mistura de reação de hidrólise. O catalisador de ácido agrupado mostra solubilidade em solventes orgânicos, nos quais o sacarídeo que inclui principalmente a glicose é insolúvel ou tem solubilidade insatisfatória. Portanto, é possível adicionar um solvente orgânico que seja um solvente fraco para o sacarídeo e um bom solvente para o catalisador de ácido agrupado à mistura de reação de hidrólise, efetuar a agitação, dissolver seletivamente o catalisador de ácido agrupado no solvente orgânico, e então separar a solução de solvente orgânico contendo os ácidos agrupados e um componente sólido que inclui o sacarídeo por separação de sólido-líquido. Dependendo do material de fibra vegetal usado, um resíduo ou similar pode estar contido no componente sólido que inclui o sacarídeo. Um método para separar a solução de solvente orgânico e o componente sólido não está particularmente limitado, e um método de separação de sólido-líquido típico, tal como a decantação e a filtração, pode ser usado. O solvente orgânico não está particularmente limitado, desde que ele seja um bom solvente para o catalisador de ácido agrupado e um solvente fraco para o sacarídeo, porém, para impedir a dissolução do sacarídeo no solvente orgânico, prefere-se que a solubilidade do sacarídeo no solvente orgânico seja igual a, ou menos do que, 0,6 g/100 ml, e mais preferivelmente igual a, ou menos do que, 0,06 g/100 ml. Neste caso, para aumentar a razão de recuperação do catalisador de ácido agrupado, prefere-se que a solubilidade do ácido agrupado no solvente orgânico seja igual a, ou maior do que, 20 g/100 ml, mais preferivelmente igual a, ou maior do que, 40 g/100 ml.A saccharide separation process in which the saccharide (including mainly glucose) produced in the hydrolysis process and the grouped acid catalyst are separated will be described below. In the glycosylation and separation method according to the invention, a method for separating saccharide and grouped acid is not limited to the method described below. The reaction mixture after the hydrolysis process (may also be referred to below as the "hydrolysis reaction mixture") includes at least the grouped acid catalyst and the produced saccharide. In a case where the amount of water in the hydrolysis process is a total of the sum of (A) and (B), the saccharide of the hydrolysis reaction mixture precipitates. In the meantime, the grouped acid catalyst also becomes a solid state as the temperature decreases. Depending on the type of plant fiber material used, a residue (unreacted cellulose or lignin, etc.) is contained as a solid component in the hydrolysis reaction mixture. The pooled acid catalyst shows solubility in organic solvents, in which the saccharide comprising mainly glucose is insoluble or has unsatisfactory solubility. Therefore, it is possible to add an organic solvent that is a weak solvent for the saccharide and a good solvent for the pooled acid catalyst to the hydrolysis reaction mixture, stir, selectively dissolve the pooled acid catalyst in the organic solvent, and then separate the organic solvent solution containing the grouped acids and a solid component including the saccharide by solid-liquid separation. Depending on the plant fiber material used, a residue or the like may be contained in the solid component that includes the saccharide. A method for separating the organic solvent solution and the solid component is not particularly limited, and a typical solid-liquid separation method, such as decantation and filtration, may be used. The organic solvent is not particularly limited as long as it is a good solvent for the clustered acid catalyst and a weak saccharide solvent, however, to prevent dissolution of the saccharide in the organic solvent, it is preferred that the solubility of the saccharide in the organic solvent is equal to or less than 0.6 g / 100 ml, and more preferably equal to or less than 0.06 g / 100 ml. In this case, to increase the recovery ratio of the pooled acid catalyst, it is preferred that the pooled acid solubility in the organic solvent is equal to or greater than 20 g / 100 ml, more preferably equal to or greater than which 40 g / 100 ml.

Os exemplos específicos do solvente orgânico incluem os álcoois, tais como o eta-nol, o metanol, o n-propanol, e o octanol, e os éteres, tais como o éter dietílico e o éter dii-sopropílico. Os álcoois e os éteres podem ser vantajosamente usados, e entre eles, a partir do ponto de vista de capacidade de dissolução e ponto de ebulição, preferem-se o etanol e o éter dietílico. O éter dietílico não dissolve os sacarídeos, tais como a glicose, e tem alta capacidade de dissolver os ácidos agrupados. Portanto, o éter dietílico é um dos solventes ideais para separar os sacarídeos e os catalisadores de ácidos agrupados. O etanol também mal dissolve os sacarídeos, tais como a glicose, e tem alta capacidade de dissolver os ácidos agrupados. Portanto, ele é também um dos solventes ideais. O éter dietílico é superior ao etanol em termos de destilação, porém a vantagem do etanol é que ele é obtenível mais fácil do que o éter dietílico. A quantidade do solvente orgânico difere dependendo da capacidade do solvente de dissolver o sacarídeo e o catalisador de ácido agrupado e da quantidade de umidade contida na mistura de reação de hidrólise. Portanto, a quantidade adequada do solvente orgânico pode ser apropriadamente determinada.Specific examples of the organic solvent include alcohols, such as ethanol, methanol, n-propanol, and octanol, and ethers, such as diethyl ether and di-sopropyl ether. Alcohols and ethers may be advantageously used, and among them, from the point of view of dissolution capacity and boiling point, ethanol and diethyl ether are preferred. Diethyl ether does not dissolve saccharides, such as glucose, and has a high ability to dissolve grouped acids. Therefore, diethyl ether is one of the ideal solvents for separating saccharides and grouped acid catalysts. Ethanol also poorly dissolves saccharides, such as glucose, and has a high ability to dissolve clustered acids. Therefore, it is also one of the ideal solvents. Diethyl ether is superior to ethanol in terms of distillation, but the advantage of ethanol is that it is easier to obtain than diethyl ether. The amount of organic solvent differs depending on the ability of the solvent to dissolve the saccharide and grouped acid catalyst and the amount of moisture contained in the hydrolysis reaction mixture. Therefore, the appropriate amount of organic solvent can be appropriately determined.

Prefere-se normalmente que a agitação da mistura de reação de hidrólise e do sol- vente orgânico seja efetuada dentro de uma faixa de temperaturas a partir da temperatura ambiente até 60°C, a temperatura específica dependendo do ponto de ebulição do solvente orgânico. O método de agitação da mistura de reação de hidrólise e do solvente orgânico não está particularmente limitado e a agitação pode ser efetuada por um método típico. A partir do ponto de vista de eficiência de recuperação do ácido agrupado, preferem-se a agitação e a moagem com um moinho de bolas como o método de agitação.It is generally preferred that stirring of the hydrolysis reaction mixture and the organic solvent is carried out within a temperature range from room temperature to 60 ° C, the specific temperature depending on the boiling point of the organic solvent. The stirring method of the hydrolysis reaction mixture and the organic solvent is not particularly limited and stirring may be effected by a typical method. From the point of view of recovery efficiency of the grouped acid, agitation and milling with a ball mill are preferred as the stirring method.

Para aumentar a razão de recuperação do sacarídeo e do ácido agrupado e aumentar a pureza do sacarídeo obtido, prefere-se que o solvente orgânico (o solvente orgânico que é um solvente fraco para o sacarídeo e um bom solvente para o catalisador de ácido agrupado) seja adicionado ao, e agitado com o, componente sólido obtido pela separação de sólido-líquido antes mencionada, com isso efetuando a lavagem com o solvente orgânico. Isto é porque o catalisador de ácido agrupado que tinha sido misturado ao componente sólido pode ser removido e recuperado. Uma mistura na qual se adiciona o solvente orgânico ao componente sólido pode ser separada no componente sólido e na solução de solvente orgânico que inclui o ácido agrupado por separação de sólido-líquido no mesmo modo como na mistura de reação de hidrólise. Se necessário, o componente sólido pode ser lavado com o solvente orgânico uma pluralidade de vezes. Adicionando-se a água, tal como a á-gua destilada, ao componente sólido obtido por separação de sólido-líquido com a água, agitando-se e então se efetuando a separação de sólido-líquido (porque o sacarídeo é solúvel em água), é possível separar a solução aquosa de sacarídeo do componente sólido que inclui o resíduo ou similar.To increase the recovery ratio of saccharide and grouped acid and increase the purity of the obtained saccharide, it is preferred that the organic solvent (the organic solvent which is a weak saccharide solvent and a good solvent for the grouped acid catalyst) It is added to and stirred with the solid component obtained by the solid-liquid separation mentioned above, thereby washing with the organic solvent. This is because the pooled acid catalyst that had been mixed with the solid component can be removed and recovered. A mixture in which the organic solvent is added to the solid component may be separated into the solid component and the organic solvent solution including the acid grouped by solid-liquid separation in the same manner as in the hydrolysis reaction mixture. If necessary, the solid component may be washed with the organic solvent a plurality of times. Adding water, such as distilled water, to the solid component obtained by separating solid-liquid with water, stirring and then solid-liquid separation (because the saccharide is water soluble) It is possible to separate the aqueous saccharide solution from the solid component including the residue or the like.

Por remoção do solvente orgânico do componente líquido (solução de solvente orgânico que inclui o catalisador de ácido agrupado dissolvido nela) obtido pela separação de sólido-líquido, é possível separar o catalisador de ácido agrupado e o solvente orgânico e recuperar o catalisador de ácido agrupado. Um método para remover o solvente orgânico não está particularmente limitado. Os exemplos de métodos adequados incluem a destilação a vácuo, a liofilização, e a secagem por evaporação. Entre eles, prefere-se a destilação a vácuo em uma temperatura de igual a, ou menos do que, 50°C. O catalisador de ácido agrupado recuperado pode ser novamente usado como o catalisador de hidrólise para o material de fibra vegetal. A solução de solvente orgânico que inclui o ácido agrupado recuperado após a lavagem do componente sólido obtido pela separação de sólido-líquido antes mencionada pode ser novamente usada para lavar o componente orgânico.By removing the organic solvent from the liquid component (organic solvent solution including the pooled acid catalyst dissolved therein) obtained by solid-liquid separation, it is possible to separate the pooled acid catalyst and the organic solvent and recover the pooled acid catalyst. . One method for removing organic solvent is not particularly limited. Examples of suitable methods include vacuum distillation, lyophilization, and evaporative drying. Among them, vacuum distillation is preferred at a temperature of equal to or less than 50 ° C. The recovered pooled acid catalyst may again be used as the hydrolysis catalyst for the plant fiber material. The organic solvent solution including the pooled acid recovered after washing the solid component obtained by the aforementioned solid-liquid separation can be used again to wash the organic component.

Dependendo da quantidade de umidade no processo de hidrólise, a mistura de reação de hidrólise pode conter uma solução aquosa que inclui o sacarídeo e o ácido agrupado dissolvidos nela. Neste caso, o componente sólido que inclui o sacarídeo e o solvente orgânico que inclui o catalisador de ácido agrupado dissolvido nele podem ser separados por remoção da umidade da mistura de reação de hidrólise, para precipitar o sacarídeo e o ácido agrupado dissolvidos e então adição do solvente orgânico, agitação e efetuação da ácido agrupado dissolvidos e então adição do solvente orgânico, agitação e efetuação da separação de sólido-líquido. Prefere-se especialmente que a quantidade de umidade na mistura de reação de hidrólise seja ajustada, de modo que a razão de água de cristalização no catalisador de ácido agrupado inteiro contido na mistura de reação de hidrólise seja menos do que 100%. Em um caso onde o catalisador de ácido agrupado tiver uma grande quantidade de água de cristalização, tipicamente a quantidade para a água de cristalização que é igual à, ou maior do que a, quantidade padrão de água de cristalização, o sacarídeo que é um produto está dissolvido na umidade em excesso, e a razão de recuperação de sacarídeo é diminuída por mistura do sacarídeo à fase líquida que inclui a solução de solvente orgânico que inclui o ácido agrupado. Por redução da razão de água de cristalização no catalisador de ácido agrupado para menos do que 100%, é possível impedir o sacarídeo de, assim, misturar-se ao catalisador de ácido agrupado.Depending on the amount of moisture in the hydrolysis process, the hydrolysis reaction mixture may contain an aqueous solution that includes the saccharide and the grouped acid dissolved in it. In this case, the solid component including the saccharide and the organic solvent including the pooled acid catalyst dissolved therein may be separated by removing moisture from the hydrolysis reaction mixture to precipitate the dissolved saccharide and pooled acid and then adding the dissolved organic solvent, stirring and effecting of the grouped acid and then addition of organic solvent, stirring and effecting solid-liquid separation. It is especially preferred that the amount of moisture in the hydrolysis reaction mixture is adjusted so that the ratio of crystallization water in the entire pooled acid catalyst contained in the hydrolysis reaction mixture is less than 100%. In a case where the clustered acid catalyst has a large amount of crystallization water, typically the amount for crystallization water that is equal to or greater than the standard amount of crystallization water, the saccharide which is a product. It is dissolved in excess moisture, and the saccharide recovery ratio is decreased by mixing the saccharide to the liquid phase that includes the organic solvent solution that includes the grouped acid. By reducing the crystallization water ratio in the pooled acid catalyst to less than 100%, it is possible to prevent the saccharide from thus mixing with the pooled acid catalyst.

Um método que pode diminuir a quantidade de umidade na mistura de reação de hidrólise pode ser usado para reduzir a razão de água de cristalização no catalisador de ácido agrupado contido na mistura de reação de hidrólise. Os exemplos de tal método incluem um método pelo qual o estado vedado do sistema de reação é liberado e o aquecimento é efetuado para evaporar a umidade contida na mistura de hidrólise e um método pelo qual um agente dessecativo ou similar é adicionado à mistura de hidrólise e a umidade contida na mistura de hidrólise é removida.A method that can decrease the amount of moisture in the hydrolysis reaction mixture can be used to reduce the crystallization water ratio in the pooled acid catalyst contained in the hydrolysis reaction mixture. Examples of such a method include a method by which the sealed state of the reaction system is released and heating is effected to evaporate moisture contained in the hydrolysis mixture and a method by which a desiccant or similar agent is added to the hydrolysis mixture. The moisture contained in the hydrolysis mixture is removed.

Um método para preparar o catalisador de ácido agrupado em um estado agrupado será explicado abaixo. A conversão do catalisador de ácido agrupado para um estado agrupado é aumentada, por exemplo, agitando-se o ácido agrupado em um estado pseudofundi-do, ou adicionando-se o ácido agrupado a um solvente e agitando-se sob aquecimento, ou agitando-se o ácido agrupado juntamente com o material de fibra vegetal, sob aquecimento, e fazendo-se com que o ácido agrupado atue como um catalisador de hidrólise. Os três métodos específicos a seguir podem ser usados para aumentar a conversão para um estado agrupado. (1) Um método que inclui um processo de aquecer e agitar um catalisador de ácido agrupado e um solvente orgânico que pode dissolver o catalisador de ácido agrupado; (2) um método pelo qual, em um processo de hidrólise no qual um material de fibra vegetal é hidrolisado usando um catalisador de ácido agrupado, parte do material de fibra vegetal, em uma quantidade que pode ser carregada em uma batelada, é agitada sob aquecimento com o catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido e a hidrólise do material de fibra vegetal é efetuada; e (3) um método para aquecer e agitar um catalisador de ácido a-grupado em um estado pseudofundido. Estes métodos (1) a (3) serão descritos abaixo.A method for preparing the grouped acid catalyst in a grouped state will be explained below. The conversion of the pooled acid catalyst to a pooled state is increased, for example, by stirring the pooled acid in a pseudofused state, or by adding the pooled acid to a solvent and stirring under heating, or by stirring. the acid pooled together with the plant fiber material upon heating and causing the pooled acid to act as a hydrolysis catalyst. The following three specific methods can be used to increase conversion to a grouped state. (1) A method comprising a process of heating and stirring a pooled acid catalyst and an organic solvent that can dissolve the pooled acid catalyst; (2) a method by which, in a hydrolysis process in which a plant fiber material is hydrolyzed using a pooled acid catalyst, part of the plant fiber material, in an amount that can be loaded into a batch, is stirred under heating with the acid catalyst grouped in a pseudofused state and hydrolysis of the vegetable fiber material is performed; and (3) a method for heating and stirring an α-grouped acid catalyst in a pseudofused state. These methods (1) to (3) will be described below.

No método (1), que inclui um processo de aquecer e agitar um catalisador de ácido agrupado e um solvente orgânico que pode dissolver o catalisador de ácido agrupado, a temperatura de aquecimento pode ser apropriadamente ajustada de acordo com a variação no estado do ácido agrupado no solvente, porém, normalmente, prefere-se uma temperatura de igual a, ou maior do que, 30°C. A partir do ponto de vista de impedir que o catalisador de ácido agrupado recristalize, prefere-se que a temperatura seja igual a, ou menor do que, 65°C, em particular igual a, ou menor do que, 55°C. Os exemplos de solventes orgânicos que podem dissolver o catalisador de ácido agrupado incluem os solventes orgânicos que podem ser usados no processo de separação do sacarídeo acima descrito. Entre eles, a partir do ponto de vista de capacidade de dissolução do ácido agrupado e ponto de ebulição de um solvente orgânico, preferem-se o etanol e o metanol. A razão de mistura do solvente orgânico e do catalisador de ácido agrupado não está particularmente limitada e pode ser selecionada de modo apropriado correspondentemente à solubilidade do catalisador de ácido agrupado no solvente orgânico. O tempo de aquecimento e agitação pode ser determinado de modo apropriado correspondentemente à solubilidade do catalisador de ácido a-grupado no solvente orgânico usado e à temperatura de aquecimento, e normalmente o tempo de aquecimento e agitação é cerca de 10 min a 60 min ou cerca de 30 min a 60 min. O método de misturar não está particularmente limitado e pode ser usado um método bastante conhecido.In method (1), which includes a process of heating and stirring a pooled acid catalyst and an organic solvent that can dissolve the pooled acid catalyst, the heating temperature may be suitably adjusted according to the change in the state of the pooled acid. in the solvent, however, usually a temperature of equal to or greater than 30 ° C is preferred. From the point of view of preventing the pooled acid catalyst from recrystallizing, it is preferred that the temperature be equal to or less than 65 ° C, in particular equal to or less than 55 ° C. Examples of organic solvents that may dissolve the pooled acid catalyst include organic solvents that may be used in the saccharide separation process described above. Among them, from the point of view of the pooled acid dissolving capacity and boiling point of an organic solvent, ethanol and methanol are preferred. The mixing ratio of the organic solvent and the pooled acid catalyst is not particularly limited and may be appropriately selected corresponding to the solubility of the pooled acid catalyst in the organic solvent. The heating and stirring time may be suitably determined corresponding to the solubility of the α-grouped acid catalyst in the organic solvent used and the heating temperature, and typically the heating and stirring time is about 10 min to about 60 min. from 30 min to 60 min. The mixing method is not particularly limited and a well known method can be used.

Mesmo em um caso onde for usado um reagente de ácido agrupado novo, não u-sado, tais aquecimento e agitação do catalisador de ácido agrupado e do ácido orgânico podem converter o catalisador de ácido agrupado em um estado agrupado e inibir a reação de desidratação do sacarídeo no processo de hidrólise. Além disso, o agrupamento do catalisador de ácido agrupado reutilizado pode ser aumentado por adição do solvente orgânico à mistura de reação de hidrólise e agitação no processo de separação do sacarídeo, e então aquecimento e agitação da solução de solvente orgânico que inclui o ácido agrupado obtido por separação de sólido-líquido. O catalisador de ácido agrupado submetido ao tratamento de aumento do agrupamento pode ser separado por remoção do solvente orgânico da mistura do catalisador de ácido agrupado e do solvente orgânico após o aquecimento e a agitação. Neste caso, removendo-se rapidamente o solvente orgânico, é possível manter facilmente o estado agrupado do catalisador de ácido agrupado. Mais especificamente, prefere-se que o solvente orgânico seja removido por destilação a vácuo, liofilização, ou similar. O solvente orgânico pode ser também removido por aquecimento, porém, a partir do ponto de vista de manter o estado agrupado do ácido agrupado, prefere-se que o solvente orgânico seja removido em uma temperatura baixa (mais especificamente, em uma temperatura de igual a, ou menor do que, 65°C), e pode ser dito que a destilação a vácuo e a liofilização antes mencionadas são preferidas.Even in a case where a new, unused pooled acid reagent is used, such heating and stirring of the pooled acid catalyst and organic acid may convert the pooled acid catalyst to a pooled state and inhibit the dehydration reaction of the pooled acid. saccharide in the hydrolysis process. In addition, the pooling of the reused pooled acid catalyst may be increased by adding the organic solvent to the hydrolysis and stirring reaction mixture in the saccharide separation process, and then heating and stirring the organic solvent solution including the pooled acid obtained. by solid-liquid separation. The pooled acid catalyst subjected to the pooling treatment may be separated by removing the organic solvent from the pooled acid catalyst mixture and the organic solvent after heating and stirring. In this case, by rapidly removing the organic solvent, the pooled state of the pooled acid catalyst can be easily maintained. More specifically, it is preferred that the organic solvent be removed by vacuum distillation, lyophilization, or the like. The organic solvent may also be removed by heating, but from the point of view of maintaining the grouped state of the grouped acid, it is preferred that the organic solvent be removed at a low temperature (more specifically at a temperature of equal to , or less than 65 ° C), and it may be said that the above mentioned vacuum distillation and lyophilization are preferred.

Além disso, o agrupamento do catalisador de ácido agrupado adicionado e do catalisador de ácido agrupado reutilizado pode também ser aumentado por adição de um solvente orgânico a uma mistura de reação de hidrólise e agitação no processo de separação do sacarídeo, então adição de um catalisador de ácido agrupado em um estado cristalino (reagente de ácido agrupado não usado ou similar) à solução de solvente orgânico que inclui o ácido agrupado obtido por separação de sólido-líquido, e agitação sob aquecimento. Além de recuperar e reutilizar repetidamente o catalisador de ácido agrupado, mesmo em um caso onde a quantidade recuperada do ácido agrupado tiver reduzido, é possível efetuar um tratamento de agrupamento do catalisador de ácido agrupado em um estado cristalino por adição do catalisador de ácido agrupado em um estado cristalino, e utilização do processo de separação do sacarídeo, com isso repondo a perda do catalisador de ácido agrupado no processo de separação do sacarídeo. (2) No método pelo qual parte do material de fibra vegetal, em uma quantidade que pode ser carregada em uma batelada, é agitada sob aquecimento com o catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido e a hidrólise do material de fibra vegetal é efetuada em um processo de hidrólise, hidrolisando-se somente parte do material de fibra vegetal que pode ser carregado em uma batelada, é possível reduzir a quantidade de monossacarí-deo que pode ser desidratado pelo catalisador de ácido agrupado no estágio inicial do processo de hidrólise e aumentar o agrupamento do catalisador de ácido agrupado. Após o catalisador de ácido agrupado ter tornado o estado agrupado, o material de fibra vegetal restante é adicionalmente carregado, com isso tornando possível inibir a hiper-reação do sacarídeo produzido a partir do material de fibra vegetal adicionalmente carregado. "O material de fibra vegetal, em uma quantidade que pode ser carregada em uma batelada", conforme referido neste documento, é a quantidade que possibilita que a mistura se torne um estado misturado e amassado completamente homogêneo, quando esta quantidade for misturada com o catalisador de ácido agrupado (quantidade usada no processo de hidrólise) em um estado pseudofundido, que é usado no processo de hidrólise. Porque a quantidade do material de fibra vegetal que pode ser carregado em uma batelada se altera, dependendo do tipo da máquina de amassar, esta quantidade não pode ser determinada especificamente, porém prefere-se geralmente que a razão em peso (material de fibra vegetal : catalisador de ácido agrupado) do material de fibra vegetal, em uma quantidade que pode ser carregada em uma batelada, e do catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido, que é usado no processo de hidrólise, seja 1 : 2 a 1 : 6. Além disso, a "parte do material de fibra vegetal, em uma quantidade que pode ser carregada em uma batelada", conforme referida neste documento, é a parte do "material de fibra vegetal, em uma quantidade que pode ser carregada em uma batelada" antes mencionado e não está limitada a uma quantidade específica. Normalmente, ela é uma quantidade muito pequena, de modo tal que a viscosidade do catalisador de ácido agrupado no estado pseudofundido, antes da adição, seja mantida uniforme após esta quantidade do material de fibra vegetal ser adicio- nado ao, e agitado com o catalisador de ácido agrupado no estado pseudofundido. Onde tal quantidade muito pequena de material de fibra vegetal for inicialmente adicionada ao catalisador de ácido agrupado que é usado no processo de hidrólise, pode ser esperado o efeito de aumentar a eficiência da reação como um todo, por tal por assim dizer sacrifício. Uma quantidade específica da "parte do material de fibra vegetal, em uma quantidade que pode ser carregada em uma batelada" é preferivelmente igual a, ou menor do que, 10% em peso, em particular igual a, ou menor do que, 5% em peso do material de fibra vegetal em uma quantidade que pode ser carregada em uma batelada. O tempo de hidrólise da parte do material de fibra vegetal não está particularmente limitado e pode ser ajustado considerando a diminuição na viscosidade da mistura de hidrólise como um indicador. Normalmente, o tempo de hidrólise é cerca de 10 min a 300 min, ou 60 min a 300 min. As outras condições, tais como o tempo de reação e a pressão, podem ser similares àquelas do processo de hidrólise.In addition, the pooling of the added pooled acid catalyst and reused pooled acid catalyst can also be increased by adding an organic solvent to a hydrolysis and stirring reaction mixture in the saccharide separation process, then adding a catalyst of Grouped acid in a crystalline state (unused pooled acid reagent or similar) to the organic solvent solution including the pooled acid obtained by solid-liquid separation, and stirring under heating. In addition to repeatedly recovering and reusing the pooled acid catalyst, even in a case where the amount of pooled acid recovered has decreased, it is possible to perform a pooling treatment of the pooled acid catalyst in a crystalline state by addition of the pooled acid catalyst. a crystalline state, and use of the saccharide separation process, thereby restoring the loss of the pooled acid catalyst in the saccharide separation process. (2) In the method by which part of the vegetable fiber material, in an amount that can be loaded in a batch, is stirred under heating with the acid catalyst grouped in a pseudofused state and hydrolysis of the vegetable fiber material is carried out in In a hydrolysis process, by hydrolyzing only part of the plant fiber material that can be loaded into a batch, it is possible to reduce the amount of monosaccharide that can be dehydrated by the acid catalyst grouped in the early stage of the hydrolysis process and to increase the grouping of the pooled acid catalyst. After the pooled acid catalyst has become the pooled state, the remaining plant fiber material is further charged, thereby making it possible to inhibit the hyperreaction of the saccharide produced from the additionally loaded plant fiber material. "Vegetable fiber material, in an amount that can be loaded in a batch" as referred to herein, is the amount that enables the mixture to become a completely homogeneous mixed and kneaded state when this amount is mixed with the catalyst of grouped acid (amount used in the hydrolysis process) in a pseudofused state, which is used in the hydrolysis process. Because the amount of vegetable fiber material that can be loaded in a batch changes depending on the type of kneading machine, this amount cannot be determined specifically, but it is generally preferred that the weight ratio (vegetable fiber material: grouped acid catalyst) of the plant fiber material in a batch-loadable quantity and the grouped acid catalyst in a pseudofused state which is used in the hydrolysis process, either 1: 2 to 1: 6. In addition, the "portion of the vegetable fiber material in a batch-loadable quantity" as referred to herein is the portion of the "vegetable fiber material in a batch-loadable quantity" mentioned above and is not limited to a specific amount. Normally, it is a very small amount, such that the viscosity of the pseudofused grouped acid catalyst prior to addition is kept uniform after this amount of the vegetable fiber material is added to, and stirred with the catalyst. acid grouped in the pseudofused state. Where such a very small amount of plant fiber material is initially added to the pooled acid catalyst that is used in the hydrolysis process, the effect of increasing the overall efficiency of the reaction can be expected, so to speak as a sacrifice. A specific amount of the "portion of the vegetable fiber material in a batch-loadable amount" is preferably equal to or less than 10% by weight, in particular equal to or less than 5%. by weight of the vegetable fiber material in an amount that can be loaded in one batch. The hydrolysis time of part of the plant fiber material is not particularly limited and can be adjusted by considering the decrease in viscosity of the hydrolysis mixture as an indicator. Typically, the hydrolysis time is about 10 min to 300 min, or 60 min to 300 min. Other conditions, such as reaction time and pressure, may be similar to those of the hydrolysis process.

Por condução da hidrólise desta parte do material de fibra vegetal com o catalisador de ácido agrupado, é possível converter o catalisador de ácido agrupado para um estado agrupado e inibir a reação de desidratação do sacarídeo no processo de hidrólise, ao mesmo tempo reduzindo a quantidade de monossacarídeo desidratado pelo catalisador de ácido agrupado até um mínimo, mesmo em um caso onde for usado um reagente de ácido agrupado novo. Além disso, porque o tratamento de agrupamento do ácido agrupado pode ser efetuado por utilização do processo de hidrólise, o aumento na dificuldade do processo de manufatura pode ser inibido. O método (3) de aquecer e agitar o catalisador de ácido agrupado em um estado pseudofundido é tipicamente um método pelo qual o catalisador de ácido agrupado é aquecido e levado para um estado pseudofundido, antes do material de fibra vegetal e o catalisador de ácido agrupado serem misturados no processo de hidrólise, e então o aquecimento e a agitação são efetuados. Tipicamente, o catalisador de ácido agrupado é convertido para um estado pseudofundido, aquecido e agitado em um recipiente de reação para uso no processo de hidrólise e o tratamento de agrupamento é efetuado, e então o material de fibra vegetal é adicionado e o processo de hidrólise é efetuado. A temperatura de aquecimento não está particularmente limitada, desde que o ácido agrupado possa manter o estado pseudofundido, e pode ser apropriadamente ajustada de acordo com o tipo de ácido agrupado e a razão de água de cristalização. Para efetuar o agrupamento do catalisador de ácido agrupado com boa eficiência, prefere-se que o a-quecimento seja conduzido em uma temperatura que esteja perto de pelo menos 10 a 30°C, mais preferivelmente perto de pelo menos 10 a 20°C, ainda mais preferivelmente perto de pelo menos 5 a 10°C mais elevada do que uma temperatura na qual o catalisador de ácido agrupado inicialmente se torna o estado pseudofundido. O catalisador de ácido agrupado é preferivelmente aquecido e agitado com a água em uma quantidade tal que a razão de água de cristalização do catalisador de ácido agrupado se tome igual a, ou maior do que, 100%. Prefere-se especialmente que o catalisador de ácido agrupado seja aquecido e agitado com a água em uma quantidade tal que a razão de água de cristalização do catalisador de ácido agrupado se torne igual a, ou maior do que, 100%, a água que é necessária para a hidrólise do material de fibra vegetal no processo de hidrólise subsequente, e a água que garante a presença de vapor de água saturado no volume morto do reator. Isto é porque o aquecimento e a agitação na presença de água aumentam a transição do catalisador de ácido agrupado para o estado pseudofundido, com isso aumentando o agrupamento. O tempo de aquecimento e agitação pode ser ajustado considerando a diminuição na viscosidade da mistura de hidrólise como um indicador. Normalmente, o tempo de aquecimento e agitação pode ser cerca de 60 a 300 min. O processo de aquecer e agitar o ácido agrupado no estado pseudofundido pode ser facilmente incluído como um processo preparatório preliminar para o processo de hidrólise, usando o ácido agrupado no estado pseudofundido como um catalisador de hidrólise no processo já existente. Além disso, a reação de desidratação do monossacarídeo no processo de hidrólise pode ser inibida, mesmo quando for usado um reagente de ácido agrupado novo.By conducting hydrolysis of this portion of the plant fiber material with the pooled acid catalyst, it is possible to convert the pooled acid catalyst to a pooled state and inhibit the saccharide dehydration reaction in the hydrolysis process, while reducing the amount of dehydrated monosaccharide by the pooled acid catalyst to a minimum, even in a case where a new pooled acid reagent is used. In addition, because pooling treatment of pooled acid can be effected by using the hydrolysis process, the increased difficulty of the manufacturing process can be inhibited. Method (3) of heating and stirring the pooled acid catalyst in a pseudofused state is typically a method whereby the pooled acid catalyst is heated and brought to a pseudofused state, prior to the plant fiber material and the pooled acid catalyst. mixed in the hydrolysis process, then heating and stirring are effected. Typically, the pooled acid catalyst is converted to a pseudofused state, heated and stirred in a reaction vessel for use in the hydrolysis process and the pooling treatment is effected, and then the vegetable fiber material is added and the hydrolysis process. is effected. The heating temperature is not particularly limited as long as the pooled acid can maintain the pseudofused state, and can be appropriately adjusted according to the pooled acid type and the crystallization water ratio. In order to assemble the pooled acid catalyst with good efficiency, it is preferred that the heating be conducted at a temperature that is at least 10 to 30 ° C, more preferably at least 10 to 20 ° C, even more preferably close to at least 5 to 10 ° C higher than a temperature at which the initially pooled acid catalyst becomes the pseudofused state. The pooled acid catalyst is preferably heated and stirred with water in an amount such that the crystallization water ratio of the pooled acid catalyst becomes equal to or greater than 100%. It is especially preferred that the pooled acid catalyst be heated and stirred with water in an amount such that the crystallization water ratio of the pooled acid catalyst becomes equal to or greater than 100% the water that is. required for the hydrolysis of the vegetable fiber material in the subsequent hydrolysis process, and the water that ensures the presence of saturated water vapor in the reactor dead volume. This is because heating and stirring in the presence of water increases the transition of the pooled acid catalyst to the pseudowown state, thereby increasing the pooling. Heating and stirring time can be adjusted by considering the decrease in viscosity of the hydrolysis mixture as an indicator. Typically, the heating and stirring time may be about 60 to 300 min. The process of heating and stirring the pseudofused state acid can easily be included as a preliminary preparatory process for the hydrolysis process using the pseudofused state acid as a catalyst for hydrolysis in the existing process. In addition, the monosaccharide dehydration reaction in the hydrolysis process can be inhibited even when a new pooled acid reagent is used.

Pode ser determinado se o agrupamento do catalisador de ácido agrupado progrediu, por exemplo, através de medições de infravermelho (IV), espectroscopia de Raman, ressonância magnética nuclear (RMN), e similar.It can be determined whether the clustering of the clustered acid catalyst progressed, for example, through infrared (IR) measurements, Raman spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR), and the like.

Por exemplo, nas medições de IV, a determinação pode ser feita observando-se um espectro de água (a água de cristalização antes mencionada) que esteja coordenada ao ácido agrupado e avaliando-se comparativamente a intensidade do pico de absorção (na vizinhança de 3200 cm'1) derivado da molécula de H20 ligada em um cristal e de um pico de absorção (na vizinhança de 3500 cm'1) derivado de um grupo OH ligado a um substrato fortemente ácido. Mais especificamente, quando um espectro de IV do catalisador de ácido agrupado antes do tratamento de aumento do agrupamento e um espectro de IV do catalisador de ácido agrupado após o tratamento de aumento do agrupamento forem comparados, em um caso onde uma intensidade de pico na vizinhança de 3200 cm'1 que é derivado da molécula de H20 ligada em um cristal do catalisador de ácido agrupado, após o tratamento de aumento do agrupamento, for menor do que aquela do catalisador de ácido agrupado, antes do tratamento de aumento do agrupamento, e uma intensidade de pico na vizinhança de 3500 cm'1 que é derivado de um grupo OH ligado a um substrato fortemente ácido do catalisador de ácido agrupado, após o tratamento de aumento do agrupamento, for maior do que aquela do catalisador de ácido agrupado, antes do tratamento de aumento do agrupamento, pode ser determinado que o agrupamento progrediu. Nas medições de IV, o pico de absorção derivado de uma molécula de H20 não está limitado à absorção do pico de absorção derivado de grupos OH ligados a um substrato fortemente ácido e geralmente pode ser observado como um pico amplo.For example, in IR measurements, the determination can be made by observing a water spectrum (the aforementioned crystallization water) that is coordinated with the pooled acid and comparing the intensity of the absorption peak (in the vicinity of 3200). cm'1) derived from the crystal bound H20 molecule and an absorption peak (in the vicinity of 3500 cm'1) derived from an OH group attached to a strongly acid substrate. More specifically, when an IR spectrum of the clustered acid catalyst prior to clustering treatment and an IR spectrum of the clustered acid catalyst after clustering treatment are compared, in a case where a neighboring peak intensity 3200 cm -1 which is derived from the H20 molecule bound in a pooled acid catalyst crystal, after the pooling treatment, is smaller than that of the pooled acid catalyst, prior to the pooling treatment, and a peak intensity in the vicinity of 3500 cm -1 which is derived from an OH group bound to a strongly acidic substrate of the pooled acid catalyst after the pooling increase treatment is greater than that of the pooled acid catalyst before from the cluster increase treatment, it can be determined that the cluster has progressed. In IR measurements, the absorption peak derived from an H20 molecule is not limited to absorption from the absorption peak derived from OH groups bound to a strongly acidic substrate and can generally be observed as a broad peak.

Além disso, na espectroscopia de Raman, por exemplo, onde a atenção está focada nas vibrações simétricas de alongamento de um octaedro de W06 de ácido fosfotungsti-co, observa-se um pico de dispersão alto distinto na vizinhança de 985 cm'1 no catalisador de ácido agrupado em um estado cristalino, antes do tratamento de agrupamento. Entretanto, no catalisador de ácido agrupado em um estado agrupado, após o tratamento de agrupamento, ocorre um deslocamento para uma frequência maior na vizinhança de 1558 cm'1, e a intensidade do pico diminui significativamente, ou seja, a sensibilidade diminui. Tal deslocamento para uma frequência maior e diminuição na sensibilidade são causados pelas alterações estruturais abaixo descritas, induzidas pelo agrupamento do catalisador de ácido agrupado. No octaedro de W06, porque o raio iônico de W é tão pequeno quanto 0,074 nm, o espaçamento entre W e O é extremamente apertado, conforme mostrado na FIG. 1. Onde a energia de superfície for estabilizada pelo agrupamento e o formato for deformado mais próximo ao formato esférico, a simetria de W06 diminui e a distância entre W e O torna-se ainda mais curta. Como resultado, a diminuição na sensibilidade e o aumento na força de ligação causam dispersão e deslocamento simultâneos até uma frequência maior. Este fenômeno não é intrínseco para o ácido fosfotungstico e ocorre similarmente em outros ácidos agrupados. Portanto, o estado agrupado do catalisador de ácido agrupado pode ser confirmado observando-se as mudanças estruturais no catalisador de ácido agrupado por espectroscopia de Raman.Furthermore, in Raman spectroscopy, for example, where attention is focused on the symmetrical elongation vibrations of a phosphotungstic acid W06 octahedron, a distinct high dispersion peak is observed in the vicinity of 985 cm -1 in the catalyst. of acid grouped in a crystalline state prior to cluster treatment. However, in the pooled acid catalyst in a pooled state, after pooling treatment, a shift to a higher frequency occurs in the vicinity of 1558 cm -1, and peak intensity decreases significantly, ie sensitivity decreases. Such shifting to a higher frequency and decrease in sensitivity is caused by the structural changes described below induced by clustering of the clustered acid catalyst. In the octahedron of W06, because the ionic radius of W is as small as 0.074 nm, the spacing between W and O is extremely tight, as shown in FIG. 1. Where surface energy is stabilized by the cluster and the shape is deformed closer to the spherical shape, the symmetry of W06 decreases and the distance between W and O becomes even shorter. As a result, decreased sensitivity and increased bonding force cause simultaneous dispersion and displacement to a higher frequency. This phenomenon is not intrinsic to phosphotungstic acid and occurs similarly in other grouped acids. Therefore, the pooled state of the pooled acid catalyst can be confirmed by observing structural changes in the pooled acid catalyst by Raman spectroscopy.

EXEMPLOS A determinação quantitativa de D-(+)-glicose e D-(+)-xilose foi conduzida pelo método de detecção de fluorescência pós-marca de cromatografia líquida de alta performance (HPLC). O ácido agrupado foi identificado e determinado quantitativamente por plasma in-dutivamente acoplado (ICP). EXEMPLO 1. A água destilada foi colocada com antecedência em um recipiente de reação vedado (tipo batelada; ver a FIG. 3), a temperatura foi elevada até uma temperatura de reação predeterminada (70°C), um estado de pressão de vapor saturado foi obtido dentro do recipiente, e o vapor de água foi feito aderir à superfície interna do recipiente. Então, 1 kg de um heteropoliácido repetidamente usado em um estado agrupado (a quantidade de água de cristalização foi medida com antecedência; ácido fosfotungstico) e a água destilada (35 g) em uma quantidade representando deficiência de água (excluiu-se a água de um componente de pressão de vapor saturado a 70°C) em relação ao total da soma da quantidade necessária para levar a água de cristalização do heteropoliácido até 100% e a quantidade de água (55,6 g) necessária para hidrolisar a celulose e obter a glicose foram carrega- dos para o recipiente e aquecidos e agitados. Quando a temperatura dentro do recipiente atingiu 70°C, a agitação foi adicionalmente continuada por 10 min. Então, 0,5 kg de celulose foi carregado e a mistura foi conduzida sob aquecimento a 70°C. Em 10 min após a mistura sob aquecimento ser iniciada, a viscosidade era 3 Pa.s (3000 cp). Em 1 h, a viscosidade da mistura aquecida diminuiu para 0,7 Pa.s (700 cp). Portanto, 0,5 kg de celulose e água (55,6 g) em uma quantidade necessária para hidrolisar a celulose para glicose foram carregados e a mistura sob aquecimento a 70°C foi continuada por 2 h. O aquecimento foi então interrompido, o recipiente foi aberto, e a mistura de reação de hidrólise é esfriada até a temperatura ambiente, ao mesmo tempo descarregando o vapor de água extra.EXAMPLES Quantitative determination of D - (+) - glucose and D - (+) - xylose was conducted by the high performance liquid chromatography (HPLC) postmark fluorescence detection method. The pooled acid was identified and quantitatively determined by inductively coupled plasma (ICP). EXAMPLE 1. Distilled water was placed in advance in a sealed reaction vessel (batch type; see FIG. 3), the temperature was raised to a predetermined reaction temperature (70 ° C), a saturated vapor pressure state. was obtained inside the container, and water vapor was adhered to the inner surface of the container. Then 1 kg of a heteropoly acid repeatedly used in a pooled state (the amount of crystallization water was measured in advance; phosphotungstic acid) and distilled water (35 g) in an amount representing water deficiency (excluding water of a saturated vapor pressure component at 70 ° C) relative to the sum total of the amount required to bring the heteropoly acid crystallization water to 100% and the amount of water (55.6 g) required to hydrolyze the cellulose and obtain The glucose was loaded into the container and warmed and stirred. When the temperature inside the vessel reached 70 ° C, stirring was further continued for 10 min. Then 0.5 kg of cellulose was charged and the mixture was conducted under heating at 70 ° C. Within 10 min after the heating mixture was started, the viscosity was 3 Pa.s (3000 cp). Within 1 h, the viscosity of the heated mixture decreased to 0.7 Pa.s (700 cp). Therefore, 0.5 kg of cellulose and water (55.6 g) in an amount necessary to hydrolyze the cellulose to glucose were charged and the mixture under heating at 70 ° C was continued for 2 h. Heating was then stopped, the vessel was opened, and the hydrolysis reaction mixture was cooled to room temperature while discharging the extra water vapor.

Um total de 500 ml de etanol que foi duas vezes usado para a lavagem foi então a-dicionado à mistura de reação de hidrólise, localizada dentro do recipiente, a agitação foi conduzida por 30 min, seguida por filtração que produziu um primeiro filtrado e um primeiro material filtrado. O primeiro filtrado (solução em etanol de heteropoliácido) foi recuperado. Um total de 500 ml de etanol que foi uma vez usado para a lavagem foi adicionalmente adicionado ao material filtrado e a agitação foi conduzida por 30 min, seguida por filtração que produziu um segundo filtrado e um segundo material filtrado. Um total de 500 ml de etanol novo foi adicionado ao segundo material filtrado e a agitação foi conduzida por 30 min, seguida por filtração que produziu um terceiro filtrado e um terceiro material filtrado. A água destilada foi adicionada ao terceiro material filtrado obtido e a agitação foi conduzida por 10 min. Nenhum resíduo pôde ser confirmado estar presente na solução aquosa obtida, porém a solução foi ainda filtrada e uma solução aquosa de sacarídeo foi obtida. O rendimento dos monossacarídeos (um total da soma de glicose, xilose, arabinose, manose, e galactose) foi calculado a partir da solução aquosa de sacarídeo obtida. O resultado foi 85,3%. O rendimento de monossacarídeos foi calculado na maneira a seguir.A total of 500 ml of ethanol which was twice used for washing was then added to the hydrolysis reaction mixture located within the vessel, stirring was conducted for 30 min, followed by filtration which produced a first filtrate and a first filtered material. The first filtrate (heteropoly acid ethanol solution) was recovered. A total of 500 ml of ethanol that was once used for washing was additionally added to the filtered material and stirring was conducted for 30 min, followed by filtration which yielded a second filtrate and a second filtered material. A total of 500 ml of fresh ethanol was added to the second filtered material and stirring was conducted for 30 min, followed by filtration which yielded a third filtrate and a third filtered material. Distilled water was added to the third filtrate obtained and stirring was conducted for 10 min. No residue could be confirmed to be present in the obtained aqueous solution, but the solution was still filtered and an aqueous saccharide solution was obtained. The yield of monosaccharides (a total of the sum of glucose, xylose, arabinose, mannose, and galactose) was calculated from the obtained aqueous saccharide solution. The result was 85,3%. Monosaccharide yield was calculated as follows.

Rendimento de monossacarídeos (%): uma razão (razão em peso) de um total da soma de monossacarídeos verdadeiramente recuperados para uma quantidade teórica de monossacarídeos produzidos que são produzidos quando a quantidade inteira de celulose carregada é convertida nos monossacarídeos. EXEMPLO 2. A água destilada foi colocada com antecedência em um recipiente de reação vedado (tipo batelada; ver a FIG. 3), a temperatura foi elevada até uma temperatura de reação predeterminada (70°C), um estado de pressão de vapor saturado foi obtido dentro do recipiente, e o vapor de água foi feito aderir à superfície interna do recipiente. Então, 1,15 kg de um heteropoliácido repetidamente usado em um estado agrupado (a quantidade de água de cristalização foi medida com antecedência; ácido fosfotungstico) e a água destilada (35 g) em uma quantidade representando deficiência de água (excluiu-se a água de um componente de pressão de vapor saturado a 70°C) em relação ao total da soma da quantidade necessária para levar a água de cristalização do heteropoliácido até 100% e a quanti- dade de água (55,6 g) necessária para hidrolisar a celulose e obter a glicose foram carregados para o recipiente e aquecidos e agitados. Quando a temperatura dentro do recipiente atingiu 70°C, a agitação foi adicionalmente continuada por 10 min. Então, 0,5 kg de cavacos de madeira contendo lignina foi carregado e a mistura foi conduzida sob aquecimento a 70°C. Em 10 min após a mistura sob aquecimento ser iniciada, a viscosidade era 3 Pa.s (3000 cp). Em 3 h, a lignina foi removida da mistura aquecida obtida por utilização de um filtro sinterizado. A viscosidade da mistura aquecida a partir da qual a lignina tinha sido removida diminuiu para 0,7 Pa.s (700 cp). Portanto, 0,5 kg de cavacos de madeira contendo lignina e água (35 g) necessária para hidrolisar a celulose contida nos cavacos de madeira para glicose foram carregados e a mistura sob aquecimento a 70°C foi continuada por 3 h. O aquecimento foi então interrompido, o recipiente foi aberto, e a mistura de reação de hidrólise é esfriada até a temperatura ambiente, ao mesmo tempo descarregando o vapor de água extra. A separação dos monossacarídeos e do heteropoliácido foi então efetuada no mesmo modo que no Exemplo 1. A água destilada foi adicionada ao terceiro material filtrado obtido e a agitação foi conduzida por 10 min. Um resíduo contendo lignina foi confirmado estar presente na solução aquosa obtida, e uma solução aquosa de sacarídeos foi obtida por filtração. O rendimento de monossacarídeos foi calculado a partir da solução a-quosa de sacarídeos obtida. O resultado foi 80,2%. Neste caso, o rendimento de monossacarídeos foi calculado sob uma hipótese que a lignina removida com o filtro sinterizado e a lignina removida por filtração da solução aquosa requereram 30% em peso (ou seja, 300 g) da madeira usada. No presente exemplo, quando a lignina foi removida com o filtro sinterizado, o heteropoliácido que tinha sido adsorvido sobre a lignina foi removido junto com a lignina. Isto é porque a quantidade do heteropoliácido usado era por um fator 1,15 maior do que aquela do Exemplo 1. EXEMPLO 3. Utilizou-se um reator de fluxo passante (ver a FIG. 4), no qual a agitação pode ser efetuada em uma linha de aquecimento (temperatura constante de 70°C) em relação a um canal principal de heteropoliácido (ácido fosfotungstico) em um estado pseudo-fundido. Uma pá de agitação 10 na linha tem uma estrutura que é efetiva somente para agitar e praticamente não afeta o transporte dos conteúdos em um tanque de reação 100. Portanto, a velocidade de transporte dos conteúdos é um total da soma das velocidades de carregamento dos componentes (heteropoliácido, material de fibra vegetal). No tanque de reação 100, um orifício de carregamento 13 do heteropoliácido no estado pseudofundido está sobre o lado mais a montante, e proporciona-se uma pluralidade de orifícios de carregamento 11 (primeiro ao quarto orifício de carregamento) para o material de fibra vegetal a jusante do orifício de carregamento 13 para o heteropoliácido. Os sensores de viscosidade 12 (primeiro ao quarto sensores de viscosidade) são proporcionados a jusante do orifício de carregamento 11 para o material de fibra vegetal (diretamente em frente do orifício de carrega- mento proporcionado a jusante deste orifício de carregamento ou diretamente em frente da parede a jusante do reator), e a viscosidade dos conteúdos dentro do tanque de reação 100 que é determinada pelos sensores de viscosidade 12 é usada para controlar por retroali-mentação a quantidade de material de fibra vegetal carregado a partir dos orifícios de carregamento 11 para o material de fibra vegetal.Monosaccharide Yield (%): A ratio (weight ratio) of the sum total of monosaccharides actually recovered to a theoretical amount of monosaccharides produced that are produced when the entire amount of cellulose loaded is converted to monosaccharides. EXAMPLE 2. Distilled water was placed in advance in a sealed reaction vessel (batch type; see FIG. 3), the temperature was raised to a predetermined reaction temperature (70 ° C), a saturated vapor pressure state. was obtained inside the container, and water vapor was adhered to the inner surface of the container. Then, 1.15 kg of a heteropoly acid repeatedly used in a pooled state (amount of crystallization water was measured in advance; phosphotungstic acid) and distilled water (35 g) in an amount representing water deficiency (excluding saturated vapor pressure component at 70 ° C) relative to the sum total of the amount required to bring the heteropoly acid crystallization water to 100% and the amount of water (55.6 g) required to hydrolyze The cellulose and glucose obtained were loaded into the vessel and heated and stirred. When the temperature inside the vessel reached 70 ° C, stirring was further continued for 10 min. Then 0.5 kg of lignin-containing wood chips were loaded and the mixture was conducted under heating at 70 ° C. Within 10 min after the heating mixture was started, the viscosity was 3 Pa.s (3000 cp). At 3 h, lignin was removed from the heated mixture obtained using a sintered filter. The viscosity of the heated mixture from which lignin had been removed decreased to 0.7 Pa.s (700 cp). Therefore, 0.5 kg of lignin-containing wood chips and water (35 g) required to hydrolyze the cellulose contained in the glucose wood chips were loaded and mixing under heating at 70 ° C was continued for 3 h. Heating was then stopped, the vessel was opened, and the hydrolysis reaction mixture was cooled to room temperature while discharging the extra water vapor. Separation of monosaccharides and heteropoly acid was then carried out in the same manner as in Example 1. Distilled water was added to the third filtrate obtained and stirring was conducted for 10 min. A residue containing lignin was confirmed to be present in the obtained aqueous solution, and an aqueous saccharide solution was obtained by filtration. Monosaccharide yield was calculated from the aqueous saccharide solution obtained. The result was 80,2%. In this case, monosaccharide yield was calculated on the assumption that lignin removed with the sintered filter and lignin removed by filtration of the aqueous solution required 30 wt% (i.e. 300 g) of the wood used. In the present example, when lignin was removed with the sintered filter, the heteropoly acid that had been adsorbed onto lignin was removed along with lignin. This is because the amount of heteropoly acid used was by a factor 1.15 greater than that of Example 1. EXAMPLE 3. A bypass reactor (see FIG. 4), in which stirring can be performed in a heating line (constant temperature 70 ° C) relative to a main channel of heteropoly acid (phosphotungstic acid) in a pseudo-fused state. An agitation paddle 10 in the row has a structure that is effective only for agitation and virtually does not affect the transport of contents in a reaction tank 100. Therefore, the content transport speed is a sum of the sum of the component loading speeds. (heteropoly acid, plant fiber material). In reaction tank 100, a pseudofused heteropoly acid loading port 13 is on the upstream side, and a plurality of loading ports 11 (first to fourth loading port) are provided for the vegetable fiber material to be fed. downstream from loading port 13 to the heteropoly acid. Viscosity sensors 12 (first to fourth viscosity sensors) are provided downstream of the loading hole 11 to the vegetable fiber material (directly in front of the loading hole provided downstream of this loading hole or directly in front of the downstream wall of the reactor), and the viscosity of the contents within the reaction tank 100 which is determined by the viscosity sensors 12 is used to back-control the amount of vegetable fiber material loaded from the loading holes 11 to the vegetable fiber material.

Os cavados de madeira (contendo lignina) foram carregados a partir do primeiro orifício de carregamento 11(1), ao mesmo tempo carregando-se para o tanque de reação 100 um heteropoliácido (repetidamente usado, em um estado agrupado) em um estado pseudo-fundido, ao qual a água da hidrólise foi adicionada com antecedência. Neste caso, a velocidade de carregamento dos cavacos de madeira era metade da velocidade de carregamento do heteropoliácido. A velocidade de carregamento do heteropoliácido e a velocidade de carregamento dos cavacos de madeira a partir do primeiro orifício de carregamento 11(1) foram ajustadas para obter uma viscosidade no primeiro sensor de viscosidade 12(1) de 0,7 Pa.s (700 cp). A velocidade de carregamento do segundo até o quarto orifícios de carregamento 11(2) a 11(4) foi também ajustada para obter uma viscosidade no segundo até o quarto sensores de viscosidade 12(2) a 12(4) de 0,7 Pa.s (700 cp). A mistura de reação descarregada a jusante do reator foi esfriada até a temperatura ambiente, ao mesmo tempo em que se removia o vapor de água extra. No presente exemplo, a razão em peso do heteropoliácido e dos cavacos de madeira usados foi 1 : 12 (heteropoliácido : cavacos de madeira). Os sacarídeos e o heteropoliácido foram então recuperados da mistura de reação de hidrólise no mesmo modo como no Exemplo 1. O rendimento de monossacarídeos foi 82,1%. Neste caso, o rendimento de monossacarídeos foi calculado sob uma hipótese que a lignina removida requereu 30% em peso dos cavacos de madeira utilizados. EXEMPLO COMPARATIVO 1. A água destilada foi colocada com antecedência em um recipiente de reação vedado (tipo batelada), a temperatura foi elevada até uma temperatura de reação predeterminada (70°C), um estado de pressão de vapor saturado foi obtido dentro do recipiente, e o vapor de água foi feito aderir à superfície interna do recipiente. Então, 1 kg de um heteropoliácido repetidamente usado em um estado agrupado (a quantidade de água de cristalização foi medida com antecedência; ácido fosfotungstico) e a água destilada (35 g) em uma quantidade representando deficiência de água (excluiu-se a água de um componente de pressão de vapor saturado a 70°C) em relação ao total da soma da quantidade necessária para levar a água de cristalização do heteropoliácido até 100% e a quantidade de água (55,6 g) necessária para hidrolisar a celulose e obter a glicose foram carregados para o recipiente e aquecidos e agitados. Assim que a temperatura dentro do recipiente atingiu 70°C, a agitação foi adicionalmente continuada por 5 min. Então, 0,5 kg de celulose foi carregado e a mistura foi conduzida por 2 h, sob aquecimento a 70°C. O aquecimento foi então interrompido, o recipiente foi aberto, e o esfriamento foi efetuado até a temperatura ambiente, ao mesmo tempo descarregando o vapor de água extra. Os mo-nossacarídeos e o heteropoliácido foram então recuperados da mistura de reação de hidróli-se no mesmo modo como no Exemplo 1. O rendimento dos monossacarídeos foi 85,3%. RESULTADOS. O rendimento de monossacarídeos e a razão em peso do heteropoliácido e do material de fibra obtidos nos Exemplos 1 a 3 e no Exemplo Comparativo 1 são mostrados na Tabela 1.The wood pits (containing lignin) were loaded from the first loading hole 11 (1), while loading into reaction tank 100 a heteropoly acid (repeatedly used in a clustered state) in a pseudo-state. molten water to which hydrolysis water was added in advance. In this case, the loading speed of the wood chips was half the loading speed of the heteropoly acid. The loading rate of the heteropoly acid and the loading speed of wood chips from the first loading hole 11 (1) were adjusted to obtain a viscosity in the first viscosity sensor 12 (1) of 0.7 Pa.s (700 cp). The loading speed of the second to fourth loading holes 11 (2) to 11 (4) was also adjusted to obtain a viscosity in the second to fourth viscosity sensors 12 (2) to 12 (4) of 0.7 Pa. .s (700 cp). The reaction mixture discharged downstream of the reactor was cooled to room temperature while removing extra water vapor. In the present example, the weight ratio of the heteropoly acid and wood chips used was 1: 12 (heteropoly acid: wood chips). The saccharides and heteropoly acid were then recovered from the hydrolysis reaction mixture in the same manner as in Example 1. Monosaccharide yield was 82.1%. In this case, monosaccharide yield was calculated under the assumption that the removed lignin required 30% by weight of the wood chips used. COMPARATIVE EXAMPLE 1. Distilled water was placed beforehand in a sealed (batch type) reaction vessel, the temperature was raised to a predetermined reaction temperature (70 ° C), a saturated vapor pressure state was obtained within the vessel. , and the water vapor was adhered to the inner surface of the container. Then 1 kg of a heteropoly acid repeatedly used in a pooled state (the amount of crystallization water was measured in advance; phosphotungstic acid) and distilled water (35 g) in an amount representing water deficiency (excluding water of a saturated vapor pressure component at 70 ° C) relative to the sum total of the amount required to bring the heteropoly acid crystallization water to 100% and the amount of water (55.6 g) required to hydrolyze the cellulose and obtain The glucose was loaded into the container and heated and stirred. Once the temperature inside the vessel reached 70 ° C, stirring was continued for 5 min. Then 0.5 kg of cellulose was charged and the mixture was conducted for 2 h under heating at 70 ° C. Heating was then discontinued, the vessel was opened, and cooling was carried out to room temperature while discharging the extra water vapor. The monosaccharides and the heteropoly acid were then recovered from the hydrolysis reaction mixture in the same manner as in Example 1. The yield of monosaccharides was 85.3%. RESULTS. Monosaccharide yield and weight ratio of heteropoly acid and fiber material obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are shown in Table 1.

Tabela 1 Conforme mostrado na Tabela 1, nos Exemplos 1 a 3, a quantidade de heteropolíá-cido usado por peso de unidade do material de fibra pôde ser bastante reduzida em relação àquela do Exemplo Comparativo 1, ao mesmo tempo mantendo o rendimento de monossacarídeos. Além disso, a comparação do Exemplo 1 e o Exemplo Comparativo 1 (ambos utilizam um reator do tipo batelada), no Exemplo 1, a quantidade processada de material de fibra por peso de unidade de heteropoliácido duplicou. Portanto, a energia requerida para o aquecimento que é necessário para levar o heteropoliácido para o estado pseudofundido pôde ser reduzida. Ademais, no Exemplo 3 que utilizou um aparelho de reação contínuo, a quantidade de heteropoliácido usado pôde ser reduzida e a energia de aquecimento pôde ser também reduzida. Em um aparelho de reação industrial, onde a água é adicionada ao sistema de reação por introdução de vapor, as operações de aquecimento e adição de água podem ser conduzidas simultaneamente, tal processo sendo superior à introdução de água destilada em termos de energia.As shown in Table 1, in Examples 1 to 3, the amount of heteropolyacid used per unit weight of the fiber material could be greatly reduced compared to that of Comparative Example 1, while maintaining monosaccharide yield. In addition, the comparison of Example 1 and Comparative Example 1 (both use a batch reactor), in Example 1, the processed amount of fiber material by heteropoly acid unit weight doubled. Therefore, the energy required for heating that is required to bring the heteropoly acid to the pseudofused state could be reduced. Furthermore, in Example 3 using a continuous reaction apparatus, the amount of heteropoly acid used could be reduced and the heating energy could also be reduced. In an industrial reaction apparatus, where water is added to the steam introduction reaction system, heating and water addition operations may be conducted simultaneously, which process is superior to the introduction of energy distilled water.

REIVINDICACOES

Claims (3)

1. Método para hidrolisar um material de fibra vegetal e produzir e separar um saca-rideo incluindo a glicose, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um processo de hidrólise utilizando um catalisador heteropoliácido agrupado em um estado pseudofundido para hidrolisar a celulose contida no material de fibra vegetal e produzir a glicose, onde, no processo de hidrólise, o catalisador de heteropoliácido agrupado e uma primeira quantidade do material de fibra vegetal que aumenta a viscosidade do catalisador de heteropoliácido agrupado em um estado pseudofundido quando adicionada ao catalisador de heteropoliácido agrupado em um estado pseudofundido, são aquecidos e misturados, e uma segunda quantidade do material de fibra vegetal é então adicionalmente adicionada, quando ocorrer a diminuição na viscosidade de uma mistura aquecida do catalisador de heteropoliácido agrupado e a primeira quantidade do material de fibra vegetal.Method for hydrolyzing a plant fiber material and producing and separating a saccharide including glucose, characterized in that it comprises: a hydrolysis process using a heteropoly acid catalyst grouped in a pseudofused state to hydrolyze the cellulose contained in the fiber material. plant fiber and produce glucose where, in the hydrolysis process, the pooled heteropoly acid catalyst is a first amount of the plant fiber material that increases the viscosity of the pooled heteropoly acid catalyst in a pseudofused state when added to the grouped heteropoly acid catalyst in a pseudofused state, are heated and mixed, and a second amount of the vegetable fiber material is then additionally added when the viscosity decrease of a heated mixture of the grouped heteropoly acid catalyst and the first amount of the vegetable fiber material occurs. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma razão em volume da primeira quantidade do material de fibra vegetal para o catalisador de heteropoliácido agrupado é igual a, ou maior do que, 60%.Method according to claim 1, characterized in that a volume ratio of the first amount of plant fiber material to the grouped heteropoly acid catalyst is equal to or greater than 60%. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que uma razão em volume da segunda quantidade do material de fibra vegetal para o catalisador de heteropoliácido agrupado é igual a, ou maior do que, 60%,Method according to claim 1 or 2, characterized in that a volume ratio of the second amount of the vegetable fiber material to the grouped heteropoly acid catalyst is equal to or greater than 60%,

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